Andrey Dmitrievich Linde, 스탠포드 대학교 (미국) 교수. 2007년 6월 10일, 모스크바, FIAN
우선 제가 좀 부끄럽다는 말씀을 드리고 싶습니다. 나는 이 홀에서 여러 번 공연을 해왔다. 처음에 저는 여기서 공부했고 이 모든 일이 시작되었을 때 저는 모스크바 대학의 학생이었고 여기 Lebedev Physical Institute의 세미나에 왔습니다. 그리고 이 세미나를 수강할 때마다 고통스러웠고, 매우 흥미롭기도 했으며, 또한 믿을 수 없을 만큼 어려웠습니다. 나는 말한 모든 것을 약 10 % 이해했습니다. 어쩌면 내가 정말 바보일지도 모른다고 생각했습니다. 더 이상 아무것도 이해하지 못하고 물리학자가 아닐 수도 있습니다 ... 하지만 정말하고 싶었 기 때문에 계속 걸었습니다. 나는 아직도 이 10% 정도의 이해력을 가지고 있습니다. 주로 제가 참석하는 세미나에서 나는 대략 10% 정도를 이해합니다. 그리고 여기서 첫 번째 보고를 했습니다. 사람들의 얼굴을 보니 그 사람들도 10퍼센트는 이해하고 있다는 느낌이 들었습니다. 그러자 내 열등감이 적어도 부분적으로 사라졌습니다. 아직 조금 남았을 텐데... 내가 왜 이런 말을 하는 걸까? 주제가 상당히 복잡합니다. 그리고 10%가 명확하다면 올바른 방향으로 가고 있는 것입니다.
지금 제가 이야기할 내용은 인플레이션 우주론에 관한 것입니다. 인플레이션 우주(Inflationary Universe), 러시아어에서는 "팽창하는 우주"라고 불렸지만 표준 이름은 "인플레이션 우주"입니다. 최근에는 '다중'이라는 용어가 등장했습니다. 이것은 "우주"라는 단어를 대체하는 용어입니다. 이는 하나의 우주 대신에 여러 우주가 동시에 존재한다는 것을 의미합니다. 글쎄, 러시아어로 아마도 가장 적절한 번역은 "다양한 우주"일 것입니다. 이제 이것에 대해 이야기하겠습니다.
그러나 먼저 우주론 전반에 대한 일반적인 소개입니다. 인플레이션 우주론은 어디에서 왔습니까(왜 필요했습니까)? 그 이전에 나온 것(빅뱅 이론). 첫째, 몇 가지 전기 정보입니다. 최근 관찰 가능한 데이터에 따르면 우주의 나이... 나이에 관해 이야기할 때마다 나는 말할 때마다 내 영혼 어딘가에 작은 쉼표를 찍어서 다시 돌아와서 실제로는 다음과 같이 말해야 한다고 말합니다. 우주는 무한히 오래될 수 있습니다. 글쎄, 사람들이 우주의 나이라고 부르는 것은 대략 137억 년이며 정확도는... 아마도 10%보다 더 좋을 것입니다. 이제 사람들은 이 사실을 잘 알고 있습니다. 우주에서 관측 가능한 부분의 크기... '관측 가능'이란 무엇을 의미하나요? 음, 빛은 137억년 동안 우리에게 이동해 왔습니다. 따라서 우리는 여기에 빛의 속도를 곱하여 우리가 현재 사물을 보는 거리를 얻습니다. 나는 이것을 말하지만 즉시 내 영혼에 쉼표가 입력됩니다. 사실 이것은 그렇지 않습니다. 왜냐하면 우리는 이보다 몇 배 더 멀리 볼 수 있기 때문입니다. 137억년 전에 우리에게 빛을 보냈던 그 물체들은 이제 우리에게서 더 멀리 떨어져 있기 때문입니다. 그리고 우리는 그들로부터 빛을 보지만 그들은 더 멀리 떨어져 있기 때문에 실제로 우리는 빛의 속도와 우주의 수명을 곱한 것보다 더 많은 것을 봅니다.
더 나아가. 물질의 평균 밀도는 약 10~29g/cm3입니다. 아주 작은. 그런데 우리는 그것이 응축된 곳에 살고 있다... 우주에서 관측 가능한 부분의 무게는 1050톤이 넘는다. 태어날 때의 몸무게... 그런데 이게 가장 흥미롭습니다. 우주가 탄생했을 때, 빅뱅이 일어난 순간부터 직접 세면 바로 그때쯤이다. 티 = 0 , 그렇다면 그 무게는 무한해야 합니다. 다른 순간부터 세면... 이를 플랑크 순간이라고 합니다. 플랑크 모멘트는 10의 마이너스 제곱의 순간입니다... 뭐, 가끔씩 칠판에 글을 쓰곤 하는데... 그래서, 티플랑크의 시간은 대략 10~마이너스 43초( 티 p ~ 10-43초). 이것은 우리가 처음으로 우주를 정상적인 시공간으로 고려할 수 있는 순간입니다. 왜냐하면 우리가 이보다 짧은 시간에 물체를 취하거나 플랑크 거리(이것은 10 -33cm)보다 작은 거리에 있기 때문입니다. , - 우리가 더 작은 거리를 취하면 더 작은 거리에서 시공간이 너무 많이 변동하여 측정이 불가능합니다. 눈금자가 구부러지고 시계가 회전하며 왠지 좋지 않습니다... 따라서 정상적인 고려가 시작됩니다. 이 순간부터. 그리고 그 순간 우주는 비정상적으로 큰 무게를 가지고 있었습니다. 어느 쪽인지는 조금 후에 말씀드리겠습니다. 그리고 내가 한 일은 인플레이션 우주: 우리는 어떻게 전체 우주가 1밀리그램 미만의 물질로부터 얻어질 수 있는지 설명하는 방법을 배웠습니다. 지금 우리가 보는 모든 것...
그리고 예비 데이터로 넘어 갑시다. 교과서에 포함된 가장 간단한 우주 모델은 프리드만의 세 가지 가능한 모델입니다. 첫 번째는 닫힌 우주이고, [두 번째]는 열린 우주, [세 번째]는 평평한 우주이다. 이 사진 역시 대략적인 사진일 뿐입니다. 요점은 이것이다.
여기 가장 간단한 옵션- 평평한 우주. 평평한 우주의 기하학은 평평한 테이블의 기하학과 동일합니다. 즉, 평행선은 평행을 유지하고 어느 곳에서도 교차하지 않습니다. 차이점은 무엇이며 플랫 테이블과 어떻게 다른가요? 왜냐하면 두 개의 평행선이 있다면... 예를 들어 두 개의 광선이 서로 평행을 이루기 때문입니다... 우주는 팽창하고 있으므로 두 개의 광선이 평행함에도 불구하고 서로 멀어지고 있습니다. 우주 전체가 팽창하고 있다는 사실. 따라서 평평한 테이블의 기하학이 완전히 정확하지 않다고 말하는 것입니다. 우주는 4차원적 의미에서 곡선이다. 입체적으로 보면 평면적이다.
닫힌 우주는 기하학적 특성이 구 표면의 특성과 유사합니다. 즉, 적도에 두 개의 평행선이 있으면 북극과 남극에서 교차합니다. 평행선이 교차할 수 있습니다. 그리고 우리는 지구를 기어 다니는 벼룩처럼 구 표면에 사는 것 같습니다. 그러나 그 비유는 두 가지 의미에서 피상적이기도 합니다. 우리 우주는 4차원 공간 속의 3차원 구체와 같습니다. 그림을 그려야 하는데 현실은 비유뿐... 게다가 점점 확장되고 있어요. 적도에서 북극으로 가고 싶다면 시간이 충분하지 않을 것입니다. 그러한 우주는 붕괴될 수도 있고 너무 빨리 팽창하기 때문에 거기에 도달하지 못할 것입니다.
열린 우주는 그 속성이 쌍곡면의 속성과 유사합니다. 즉, 쌍곡선의 목에 두 개의 평행선을 놓으면 두 선이 갈라지기 시작하고 결코 만나지 않을 것입니다.
다음은 세 가지 주요 모델입니다. 프리드먼은 아주 오래전인 지난 세기 20년대에 그것들을 제안했고, 아인슈타인은 그것들을 별로 좋아하지 않았습니다. 마음에 들지 않았습니다. 그 모든 것이 그 당시 사람들이 키워온 이데올로기와 모순되는 것 같았기 때문입니다. 이데올로기는 우주가 좌표계이고 좌표가 확장되지 않고 단지 그리드일 뿐이라는 것이었습니다. 사람들은 항상 유럽에서 우주가 유한하고 정적이라고 믿었습니다. 처음에는 그들은 믿었습니다. 유한, 신은 무한하고 우주는 신보다 작기 때문에 유한해야하지만 정적이어야합니다... 뭐, 왜해야 하냐면 좌표계... 그런 다음 그들은 첫 번째 가정을 포기하고 신이 그가 우주에 자신의 속성 중 하나를 부여하고 무한하게 만들었다면 많은 것을 잃지 않을 것입니다. 그러나 여전히 그것이 정적이라고 믿어졌습니다.
우주의 팽창은 그것이 실제로 팽창하고 있다는 것을 알기 전까지 그들이 오랫동안 맞서 싸웠던 이상한 속성이었습니다. 이는 지난 몇 년 동안 일어난 일이 이론 물리학이 아니라 실험 우주론에서 실험적이라는 것을 의미합니다. 두 가지가 분명해졌습니다. 두 번째부터 시작하겠습니다. 1998년에 사람들은 우주가 이제 빠른 속도로 팽창하고 있다는 것을 보았습니다. 가속은 무슨 뜻인가요? 글쎄요, 어느 정도 속도로 확장되고 있어요. 사실 이건 좀 틀린데...
그래서 여기 있습니다 ㅏ-이것은 우주의 규모입니다. ㅏ점으로 ( å )는 우주의 팽창률이고, ㅏ점으로 나누어서 ㅏ (å /ㅏ) - 이건... 여기 ㅏ, 예를 들어 한 은하계에서 다른 은하계까지의 거리를 문자라고 부르자. ㅏ. 이 ( å /ㅏ)은 은하가 서로 탈출하는 속도입니다. 이것이 바로 ( å /ㅏ= H)는 허블 상수이며 실제로 시간에 따라 달라집니다. 시간이 지남에 따라 이것이 감소한다고 해서 우주가 팽창을 멈춘다는 의미는 아닙니다. 확장이란 다음을 의미합니다. ㅏ 0보다 큰 점이 있는 경우( å > 0). 그러나 이제 사람들이 발견한 것은 이제 이 체제가 점근적으로 상수( å /ㅏ= H → const), 즉, 뿐만 아니라 ㅏ점을 갖는 것은 긍정적이지만 이것은 그들의 관계이며 일정한 경향이 있습니다. 그리고 만약 이것이 미분 방정식해결된 결과, 우주의 규모 인자는 대략 다음과 같이 점근적으로 행동하는 것으로 나타났습니다. ㅏ ~ 이자형시간 티- 우주는 기하급수적으로 팽창할 것인데, 이는 이전에는 전혀 예상하지 못했던 일입니다. 즉, 이것은 우주의 가속 팽창이며, 이전에는 표준 이론에 따르면 우주가 더 느린 속도로 팽창해야 한다는 것이 밝혀졌습니다.
이는 지난 9년간의 발견이다. 처음에 사람들은 어딘가에 실험 오류가 있다고 생각했습니다. 그런 다음 우주 상수, 진공 에너지, 암흑 에너지... 그래서 이것이 최근에 일어난 일입니다. 지금 제가 이야기할 이론은 인플레이션 우주론입니다. 그녀는 가정합니다(그리고 이제 이것이 아마도 올바른 가정일 가능성이 점점 더 많아지고 있습니다. 우리는 여전히 확실하지 않습니다. 비록 내가 좋아하지는 않지만 경쟁 이론이 있지만 이는 이것이 관점이라는 것을 의미합니다) - 근데 이게 무슨 일인 것 같아 옳은 일, - 초기 우주에서는 분명히 우주도 가속 속도로 팽창하고 있었습니다. 더욱이 현재 확장되는 것보다 훨씬 더 큰 가속도로 수십 배 더 큰 가속도를 갖습니다. 이 두 가지 발견은... 분명히 우리는 그것들을 어떻게든 해석하려고 노력할 필요가 있습니다.
자주 그리는 그림이란... 여기(지금은 빨간 그림은 보지 마세요)가 교과서에 나오는 표준 그림이라는 뜻입니다. 우주가 닫혀 있다면, 즉 기하학이 구의 기하학, 구의 표면과 유사하다면, 우주는 특이점에서 발생하여 특이점으로 사라지며 유한한 수명을 갖습니다. 평평하다면 특이점에서 발생하여 무한대로 확장됩니다. 열려 있으면 일정한 속도로 계속 움직입니다.
제가 방금 이 암흑 에너지, 우주 상수, 우주 가속에 대해 말한 것은 이것이 이렇게 행동한다는 것이 밝혀졌습니다. 그리고 그녀가 이렇게 행동한다는 것이 밝혀졌습니다 그것이 무엇이든- 열림, 닫힘, 평면... 일반적으로 이러한 경우에 해당됩니다. 요즘 천문학 교과서를 펴면 대부분 여전히 이 세 장의 그림이 나와 있는데, 이것이 우리가 수년 동안 키워온 내용입니다. 최근 몇 년. 따라서 후자의 존재는 놀라운 발견이었고 사람들이 진공 상태, 공허함 속에 0이 아닌 에너지 밀도가 있다고 믿었다는 사실에 기인합니다. 그것은 매우 작습니다. 우주에 있는 물질의 에너지 밀도(10-29 g/cm 3 )와 같은 수준입니다. 그리고 가끔 이런 사람들을 상상할 때 저는 이렇게 말합니다. "보세요, 이들은 자신의 에너지를 측정한 사람들입니다... 아무것도 아닙니다." 그게 다야, 그게 빨간 선이야.
에너지 분포에 대한 일반적인 그림... 제가 "에너지"라고 말하거나 "물질", "물질"이라고 말할 때 같은 의미입니다. 왜냐하면 우리가 알고 있듯이 이자형같음 MC정사각형 ( 이자형 = 엠씨 2) 즉, 이 두 가지는 서로 비례한다... 암흑에너지가 있다...
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우주의 에너지와 물질의 총 예산은 이 파이로 표시됩니다. 약 74%가 암흑 에너지입니다. 그것이 무엇인지는 아무도 모릅니다. 이것은 진공의 에너지이거나 천천히 변화하는 균일하게 분포된 특수 에너지입니다. 스칼라 필드- 이에 대해서는 나중에 자세히 설명하겠습니다. 글쎄, 이것은 별도의 부분이므로 뭉치지 않습니다. 이것이 무엇을 의미합니까? 그녀는 은하계로 방황하지 않습니다. 암흑물질(전체 예산의 약 22%)은 뭉쳐져 있지만 우리가 볼 수 없는 물질이다. 은하계로 빠져나갈 수 있지만 우리가 볼 수 없는 것은 빛을 내지 않습니다. 그리고 약 4~5%는 "정상" 물질입니다. 여기에 우리의 모든 자료에 대한 예산이 있습니다.
그리고 거기에는 세계의 미스터리가 있습니다. 왜 그것들은 같은 순서, 이러한 양을 가지고 있으며, 왜 이 에너지의 많은 부분이 여전히 공허 속에 남아 있습니까? 어쩌다 우리는 그렇게 자랑스럽게 모든 사람이 우리와 같다고 생각했는데, 우리에게 주어진 것은 단 4%뿐이었는가... 그래서...
이제 - 인플레이션 우주. 지금은 내가 말하는 내용을 명확하게 하기 위한 참고용일 뿐이며, 그 후에야 작업이 시작됩니다. 인플레이션이 바로 그것이다. 이것은 우주가 시작되고 팽창하기 시작한 이전 사진의 내용입니다. 그리고 기억하세요, 호는 이 방향으로 휘어져 있었습니다... 이제 돌아가서 이 모든 것을 보여드리면... 보시다시피, 모두 호 - 이렇게 휘어져 있었죠. 인플레이션은 어떤 의미에서는 빅뱅 이전, 즉 호가 그렇게 구부러지기 전에 존재했던 궤적의 일부입니다. 이 시기는 우주가 기하급수적으로 팽창하고, 우주가 가속 팽창하는 시기입니다. 처음에는 매우 작은 크기를 가질 수 있었고 매우 빠른 팽창 단계가 있었고 뜨거워지고 교과서에 쓰여진 모든 일이 일어났습니다. 우주가 뜨거웠고 뜨거운 공처럼 폭발했습니다. 그게 전부입니다. 이는 인플레이션 단계 이후에 발생했으며 인플레이션 중에는 입자가 전혀 없을 수 있습니다. 여기 인증서가 있습니다.
그렇다면 이 모든 것이 왜 필요했습니까? 그리고 사람들은 25년 전, 지금은 조금 더 전인 빅뱅 이론을 바라보며 다양한 질문을 했습니다. 질문을 나열하겠습니다.
아무것도 없었을 때 무슨 일이 일어났나요?질문이 무의미한 건 분명한데 왜 물어보나... Landau와 Lifshitz의 교과서에는 아인슈타인 방정식의 해가 음의 시간 영역에서는 계속될 수 없다고 나와 있으므로 이전에 무슨 일이 일어났는지 묻는 것은 의미가 없습니다. 말도 안 되는 소리지만, 어쨌든 사람들은 모두 물었습니다.
우주는 왜 균질하고 등방성입니까?질문: 정말 왜요? 균질하다은 무슨 뜻인가요? 글쎄요, 우리 가까이서 보면 우리 은하계는 균질하지 않습니다. 태양계에는 우리 근처에 큰 불균일성이 있습니다. 그러나 우리가 지금 관찰하고 있는 우주 전체 부분의 규모, 즉 130억 광년을 살펴보면 평균적으로 우리 오른쪽과 왼쪽에 있는 우주는 동일한 밀도를 가지며 정확도는 대략 1000억 광년입니다. 천분의 일 그리고 그보다 더 낫습니다. 누군가가 다듬었는데 왜 이렇게 균일한 걸까요? 그리고 지난 세기 초에 이에 대한 대답은 다음과 같았습니다. 우주는 균일해야 한다는 '우주론적 원리'라는 것이 있습니다.
나는 좋은 생각이 없는 사람도 원칙이 있을 때가 있다는 농담을 하곤 했다. 그러다가 특히 알베르트 아인슈타인(Albert Einstein)이 이 원리를 도입했다는 사실이 밝혀졌기 때문에 이 일을 중단했습니다. 그 당시 사람들은 몰랐고, 오늘날까지도 천문학에 관한 많은 책에서 사람들은 우주론적 원리, 즉 우주가 균질해야 한다는 점에 대해 논의합니다. 왜냐하면... 음, 그것은 균질하기 때문입니다!
반면에 우리는 원칙이 완전히 정확해야 한다는 것을 알고 있습니다. 거기, 나는 모른다, 가져가는 사람 작은뇌물을 주면 원칙의 사람이라고 할 수 없습니다. 우리 우주는 약간 이질적이었습니다. 그 안에 은하계가 있고 우리에게 필요합니다. 즉, 어딘가에서 은하계가 어디에서 왔는지 이해해야 함을 의미합니다.
우주의 모든 부분이 동시에 팽창하기 시작한 이유는 무엇입니까?그 부분이 우주이고, 그 부분이 우주인데, 우주가 처음 팽창하기 시작했을 때 그들은 서로 말을 하지 않았습니다. 비록 우주의 크기는 작았지만 우주의 한 부분이 다른 부분이 팽창하기 시작했다는 것을 알기 위해서는 여기에 사는 사람, 음, 상상의 사람이 이 부분이 팽창하기 시작했다는 것을 알아야 했습니다. . 그리고 이를 위해서는 그 사람으로부터 신호를 받아야 할 것이다. 그리고 이것은 시간이 걸릴 것이기 때문에 사람들은 특히 무한한 우주에서 만세, 우리가 확장을 시작해야 한다는 것에 동의할 수 없었습니다. 그들은 이미 그것을 허용했습니다... 그래서 이것이 우주의 모든 부분이 2000년에 팽창하기 시작한 이유입니다. 동시...
우주는 왜 평평할까?현재 실험적으로 알려진 것은 우주가 거의 평평하다는 것, 즉 관측 가능한 우주 부분에서는 평행선이 교차하지 않는다는 것입니다. 수단, 왜우주는 그렇게 평평한가? 우리는 학교에서 평행선은 교차하지 않는다고 배웠지만, 대학에서는 우주가 닫힐 수 있고 교차할 수 있다고 말합니다. 그러면 유클리드는 왜 옳았는가? 모른다…
우주에는 왜 그렇게 엄청난 양이 존재하는가? 기본 입자? 우리가 관찰한 우주의 일부에는 10 87개 이상의 기본 입자가 있습니다. 이에 대한 표준적인 대답은 우주는 크다는 것입니다. 그래서... 왜그 사람 그렇게 큰 거야? 그리고 가끔 이런 형태로 축적하기도 합니다. 강의에 왜 이렇게 많은 사람이 왔을까? - 그런데 모스크바에는 사람이 너무 많아서... - 모스크바에는 왜 이렇게 사람이 많나요? - 그리고 모스크바는 러시아의 일부일 뿐이고 러시아에는 많은 사람들이 있고 일부는 강의에 왔습니다 ... - 러시아에는 왜 그렇게 많은데 중국에는 더 많은가요? 일반적으로 우리는 하나의 행성에만 살고 있지만 그 안에는 많은 행성이 있습니다. 태양계, 그리고 이제 그들은 우주에서 더 많은 행성을 찾고 있습니다. 우리 은하계에는 10 11 개의 별이 있으므로 어딘가에 행성이 있고 어딘가에 사람이 있고 그들 중 일부가 강의에 왔다는 것을 알고 있습니다... 왜 우리 은하계에는 별이 그렇게 많나요? 우리 우주에는 얼마나 많은 은하가 있는지 아시나요? 약 10 11 ~ 10 12 개의 은하계가 있고, 각 은하계에는 10 11 개의 별이 있고, 그 주위를 행성들이 돌고 있는데, 강의를 들으러 오는 사람들도 있었습니다. 우리 은하계는 왜 이렇게 많은 걸까요? 글쎄요, 우주는 크기 때문에... 그래서... 여기서 우리는 끝납니다.
예를 들어 우주를 예로 들면, 양자 역학과 함께 일반 상대성 이론에서 발견되는 유일한 전형적인 크기를 갖는 전형적인 닫힌 우주인 초기 크기인 10 -33cm입니다. 이는 물질을 가능한 최고 밀도(소위 플랑크 밀도, 플랑크 ρ)로 압축하는 것이 대략 10 94 g/cm 3임을 의미합니다. 왜 한계가 있습니까? 더 나아가는 것이 불가능하다는 의미에서 제한하는 것이 아니라 물질을 그러한 밀도로 압축하면 우주가 너무 많이 변동하기 시작하여 정상적인 방식으로 설명하는 것이 불가능하다는 의미입니다. 이것은 물질을 최고 밀도로 압축하고 자연 크기의 닫힌 우주를 그 안에 넣고 거기에 있는 기본 입자의 수를 세어보면 하나기본 입자. 어쩌면 10개의 기본 입자일 수도 있습니다. 그리고 10 87이 필요합니다. 그러므로 이것은 실제 문제입니다. 왜 기본 입자가 그렇게 많이 있습니까?
문제는 거기서 끝나지 않습니다. 우주의 모든 에너지는 어디서 왔는가? 전에는 에너지에 관한 노벨 심포지엄에 스웨덴에 초대되기 전까지는 이것을 직접 공식화하지도 않았습니다. 즉, 석유 생산에 종사하는 사람들과 다른 일에 종사하는 사람들이 그곳에 모였습니다. 그리고 그들은 나에게 이 회의를 열 기회를 주었고 첫 번째 보고서는... 그들이 나에게 원하는 것이 무엇인지 이해할 수 없었습니다. 나는 석유 생산에 관여하지 않고 태양 에너지나 풍력 에너지에도 관여하지 않습니다. 일반적으로 에너지에 대해 무엇을 말할 수 있습니까? 그럼 저는 다음과 같은 말로 보고서를 시작했습니다. 우주에서 에너지가 어디서 나오는지 아시나요? 우리에게 얼마나 많은 에너지가 있는지 아십니까? 수학을 해보자.
우주의 물질 에너지는 보존되지 않습니다. 첫 번째 역설. 우리는 에너지가 보존된다는 것을 알고 있지만 이는 옳지 않습니다. 예를 들어 상자에 가스를 주입하고 상자가 팽창하도록 하면... 여기서 상자는 우리 우주입니다. 상자를 팽창시키자. 가스 - 상자 벽에 압력을 가합니다. 그리고 상자가 팽창할 때 이 가스는 상자 벽에 작용하므로 상자가 팽창할 때 가스는 에너지를 잃습니다. 그가 일을 하기 때문에 모든 것이 정확하고 에너지 균형이 있습니다. 그러나 유일한 사실은 우주가 팽창하는 동안 가스의 총 에너지가 감소한다는 것입니다. 표준 방정식이 있기 때문에: 에너지 변화는 마이너스 압력 곱하기 부피 변화( 드E = –PDV). 우주의 부피가 증가하고 압력이 양수이므로 에너지가 감소합니다.
우주의 모든 모델, 빅뱅 이론과 관련된 일반 모델에서 우주의 총 에너지가 감소했습니다. 지금 1050톤이 있다면 처음에는 얼마였나요? 에너지가 낭비됐기 때문이다. 그렇다면 처음에는 더 많은 것이 있어야했습니다. 누군가는 지금보다 훨씬 더 많은 에너지로 이 우주를 만들어야 했습니다. 반면에 지켜야 할 것이 있습니다. 우주가 팽창하는 동안 이 에너지는 어디에 소비됩니까? 우주의 크기가 변하고 우주가 특정 속도로 팽창한다는 사실에 소비됩니다. 우주의 기하학에는 어떤 에너지가 숨겨져 있습니다. 중력과 관련된 에너지가 있습니다. 그리고 여기에 물질 에너지와 중력 에너지의 총합이 보존됩니다. 그러나 전액을 계산하는 경우에만 해당됩니다. 먹다 다른 방법들계산 - 그리고 다시 특정 쉼표가 거기에 배치됩니다 - 그러나 어떤 계산 방법을 사용하면 물질 에너지와 중력의 총합은 단순히 0과 같습니다. 즉, 물질의 에너지는 중력 상호작용의 에너지로 보상되므로 0이 됩니다. 따라서 예, 0에서 시작하여 0으로 끝나고 모든 것이 보존되지만 이 보존 법칙만 우리에게 별로 유용하지 않습니다. 그는 그토록 엄청난 에너지가 어디서 나온 것인지 우리에게 설명하지 않습니다. 그럼 얼마죠?
빅뱅 이론에 따르면, 전체 질량우주가 탄생할 당시 물질의 양은 1080톤을 넘어섰어야 했는데, 이미 많은 양이다. 이것은 꽤 많은 것입니다... 그리고 이 모든 것을 특이점에서 직접 계산한다면 우주에는 단순히 무한한 양의 물질이 있어야 합니다. 그리고 나서 질문이 생깁니다. 우주가 창조되기 전에는 아무것도 없었다면 누군가 우리에게 이 무한한 양의 물질을 어디에서 주었습니까? 처음에는 아무것도 없었는데 갑자기 너무 많아서 조금 이상하기도 했습니다. 즉, 누가 이것을 할 수 있는가?.. 하지만 물리학자들은 이런 질문을 공식화하고 싶지 않았고 지금도 원하지 않습니다.
따라서 적어도 원칙적으로 이 모든 것이 1밀리그램 미만의 초기 물질량으로 우주 조각에서 시작하여 어떻게 수행될 수 있는지 설명할 수 있는 이론이 발견된 것이 좋을 수 있습니다. 글쎄, 이 얘기를 해보면 이런 생각이 든다. 보통 사람오래전에 그런 말이 있었더라면, 아니면 방정식을 동시에 쓰지 않았더라면…
제가 여기서 선임 연구원으로 승진했을 때 그들이 저를 불러서 “무슨 일을 하세요?”라고 묻기 시작했던 것을 기억합니다. 그리고 저는 그들에게 제가 특히 하는 일은 다음과 같다고 말하기 시작했습니다. 다른 부분들우주에서는 물리학 법칙이 다를 수 있다는 것이 밝혀질 수도 있습니다. 부분적으로는 전자기적 상호작용이 있고 부분적으로는 그렇지 않습니다... 그들은 나에게 이렇게 말했습니다: "음, 이건 너무해요!" 하지만 그들은 여전히 나에게 선임 과학자를 주었습니다. 이것이 바로 제가 여러분에게 말씀드릴 다방면 우주의 이론입니다.
이제 우리는 인플레이션 우주론의 이론에 대해 살펴보겠습니다. 첫째, 첫 번째로 간단한 모델입니다. 가장 간단한 모델은 다음과 같습니다. 여기에 에너지가 스칼라 필드의 제곱에 비례하는 특정 스칼라 필드가 있습니다. 첫 번째 간단한 단어 - 이미 여기서 질문이 발생합니다. 스칼라 필드란 무엇입니까? 아는 사람도 있고 모르는 사람도 있습니다. 어떤 사람들은 힉스 입자를 찾기 위해 현재 스위스에 거대한 가속기가 건설되고 있다는 것을 알고 있습니다. 힉스 입자는 특별한 유형의 스칼라 장의 여기 양자인 입자입니다. 즉, 사람들은 이 분야를 30년이 넘는 오랜 기간 동안 사용해 왔습니다. 그러나 직관적인 의미는 비유를 통해 가장 쉽게 이해됩니다. 여기 네트워크에는 220V가 있습니다. 220볼트만 있고 0이 없다면 우주 전체가 220볼트로 채워질 것이고 전류도 없을 것이고 아무데도 흐르지 않을 것입니다. 왜냐하면 그것은 단지 또 다른 진공 상태일 것이기 때문입니다. 미국에는 110볼트가 있습니다. 마찬가지입니다. 단지 110V라면 아무 것도 흐르지 않을 것입니다... 한 손을 한쪽에 놓고 다른 손을 다른쪽에 놓으면 즉시 죽을 것입니다. 왜냐하면 전위차가 무엇인지... I 그만둬야 해...
괜찮은. 이는 상수 스칼라 필드가 동일한 필드와 유사하다는 것을 의미합니다. 이것은 정확한 비유는 아니지만 대략적인 비유입니다. 벡터장이란 무엇입니까? 벡터 필드(예: 전자기장) 크기와 방향이 있습니다. 스칼라 필드란 무엇입니까? 크기는 있지만 방향은 없습니다. 이것이 전체적인 차이점입니다. 즉, 전자기장보다 훨씬 간단합니다. 방향이 없고 로렌츠 스칼라입니다. 로렌츠 스칼라 - 이는 다음을 의미합니다. 그에 비해 달리면 달리고 있다는 느낌이 들지 않을 것입니다. 아무것도 바뀌지 않았습니다. 뒤돌아도 아무것도 변하지 않고 돌고 있다는 느낌도 들지 않을 것입니다. 움직이지 않고 일정하다면 진공처럼 보입니다. 그러나 이것은 잠재적인 에너지를 가질 수 있기 때문에 특별한 진공입니다. 이것이 그의 첫 번째 재산입니다. 둘째, 우주의 다른 부분에 다른 진공이 있다면 기본 입자의 무게도 다르며 속성도 다르기 때문에 이 스칼라 필드의 존재 여부에 따라 a) 기본 입자의 속성은 b)에 따라 달라집니다. 진공의 에너지 밀도는 우주에 따라 다르므로 이는 원칙적으로 중요한 것입니다. 그래서 가장 간단한 이론, 이 스칼라 필드의 에너지는 제곱에 비례합니다.
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방정식을 살펴보겠습니다. 지금은 어떤 방정식도 풀지 않겠지만 보여드릴 테니 두려워하지 마세요... 첫 번째는 약간 단순화된 아인슈타인 방정식입니다. 이는 우주의 팽창률을 크기로 나눈 값입니다. 는 허블 상수의 제곱이며 우주 물질의 밀도 에너지에 비례합니다. 이제 나는 모든 것을 무시하고 싶습니다. 거기, 가스, 무엇이든... 스칼라 필드만 남겨두세요. 그리고 여기에 중력 상수를 써야 하는데, 또 다른 8파이 곱하기 3이 있습니다...
이제 중력 상수는 잊어버리자. 이 과학에 종사하는 사람들은 이렇게 말합니다. 중력 상수는 1이고, 빛의 속도는 1이고, 플랑크 상수는 1이라고 가정하고, 모든 것을 풀면 이를 다시 더 쉽게 만드는 솔루션..
그래서 이것은 약간 단순화된 아인슈타인 방정식입니다. 저는 또한 거기에서 몇 가지 용어를 버렸습니다. 우주가 빠르게 수축하기 시작한 후에 그 자체는 거기에서 버려졌습니다. 이것은 스칼라 필드의 운동 방정식입니다. 이제 그 거시기를 보지 마세요. 이것은 스칼라 필드의 가속도이며 필드가 최소 에너지로 돌진하려는 힘을 보여줍니다. 그리고 명확하게 하기 위해 이것을 고조파 발진기의 방정식과 비교해 보십시오. 다시 말하지만, 그 거시기를 보지 마세요. 이는 복원력에 비례하는 고조파 발진기의 가속도입니다. 즉, 발진기 자기장을 해당 지점으로 끌어당기는 힘 엑스= 0이고 이것이 가속도입니다. 그리고 우리는 그것이 어떻게 끝나는지 알고 있습니다. 발진기는 이렇게 진동합니다. 그리고 그러한 멤버를 추가하면, 엑스점으로. 이것은 오실레이터의 이동 속도입니다. 즉, 이쪽으로 옮겨보면 이것이 오실레이터가 빨리 움직이지 못하게 하는 힘과 같다는 것이 분명해진다. 마치 진자를 물에 넣으면 물이 진동을 방해하여 점점 더 느리게 진동하게 되는 것과 같습니다. 마찰력이나 점성과 같은 것입니다.
우주에도 스칼라 필드의 방정식을 설명하는 유사한 용어가 있는 것으로 밝혀졌습니다. 방정식은 완전히 똑같아 보입니다. 그리고 이 거시기도 이것과 비슷해요. 우주에서는 우주가 빠르게 팽창하면 마찰 효과가 발생하는 것으로 나타났습니다. 여기에 비결이 있습니다. 이제 이전 그림으로 돌아가 보겠습니다.
스칼라 장이 여기에 있을 때 스칼라 장은 에너지가 거의 없고 우주는 천천히 팽창하며 마찰이 없습니다. 스칼라 장이 여기에 있으면 에너지가 매우 큽니다. 에너지가 매우 높으면 다음 그림에서 무슨 일이 일어나는지 봅시다.
에너지가 매우 높고, 허블 상수가 높으며, 마찰 계수도 높습니다. 마찰 계수가 크면 스칼라 필드가 매우 느리게 굴러갑니다. 스칼라 필드가 매우 천천히 롤다운되면 오랫동안 거의 일정하게 유지됩니다. 거의 일정하게 유지되면 다음 방정식을 풉니다. ㅏ점이 있는 ㅏ(å /ㅏ)은 거의 일정하다. 그리고 나는 이미 어떤 결정이 내려질지 말씀드렸습니다. 만약에 ㅏ점이 있는 ㅏ(å /ㅏ)가 거의 일정하다면 이는 가장 간단한 미분 방정식인 지수 해법입니다. 그리고 이 경우, 우주는 기하급수적으로 팽창하기 시작합니다.
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논리는 다음과 같습니다. 스칼라 필드 ψ의 값이 크면 우주의 팽창률이 높고 마찰 계수가 크며 필드 ψ가 매우 천천히 굴러갑니다. 상수로 미분방정식을 풀면 지수팽창을 얻게 되는데, 이것이 인플레이션입니다. 모든 것이 매우 간단합니다.
그 전에는 일반적으로 모든 것을 단순한 것으로 줄이기 위해 무언가를 생각해 내기 위해 고통을 겪어야했습니다. 실제로 모든 것은 훨씬 더 복잡한 것에서 시작되었습니다. Alyosha Starobinsky는 1979년 이곳 러시아에서 처음으로 이러한 유형의 아이디어를 표현하기 시작했습니다. 이 이론에 대한 그의 버전은 특정 수정 사항이 포함된 양자 중력을 기반으로 했습니다. 등각 이상, 이론은 매우 복잡했고, 어디서부터 시작해야 할지 명확하지 않았지만 그럼에도 불구하고 이 이론은 당시 소련 내에서 매우 인기가 있었습니다. 그것은 "스타로빈스키 모델"이라고 불렸습니다. 하지만 조금 복잡해서 그 목적이 무엇인지 명확하지 않았습니다. 특이점 문제를 해결하고 싶었으나 실패..
그 후, 현재 오래된 인플레이션 이론이라고 불리는 것이 1981년 MIT의 Alan Guth에 의해 제안되었습니다. 현재 그는 MIT에 있고 SLAC에 있기 전에는 스탠포드 옆에 있습니다. 그는 처음부터 우주가 거짓 진공 상태에서 에너지에 갇혀 있고 아무데도 움직이지 않고 에너지가 일정하며 이때 기하 급수적으로 팽창하고이 거짓 진공이 충돌과 함께 무너진다고 제안했습니다. 거품이 형성되고 충돌합니다... 이것이 왜 필요한가요? 그리고 그의 소망은 제가 이전에 여러분에게 쓴 문제 목록, 즉 우주가 왜 균질한지, 왜 등방성인지, 왜 그렇게 큰지를 해결하는 것이었습니다. 그의 목표는 이것이었습니다. 그리고 이것이 그의 작품의 존엄성이었습니다. 그가 모델을 제안했기 때문이 아니라 그의 이론이 작동하지 않았기 때문입니다. 그러나 그가 이렇게 하면 좋을 것이라고 말했기 때문에 우리는 이 모든 문제를 한 번에 해결할 것입니다. 그러나 그의 모델은 작동하지 않았습니다. 거품이 충돌한 후 우주가 너무 불균질하고 등방성이 되어 시도할 필요가 없었기 때문입니다.
그 이후에는 아이디어가 너무 유쾌하고 귀엽고, 불가능하다는 실망감 때문에 위궤양이 생겼기 때문에 우리는 모두 정신적인 위기에 빠졌습니다. 그리고 나서 저는 제가 새로운 인플레이션 이론이라고 부르는 것을 어떻게 수행할 것인지 알아냈고, 가장 단순한 것인 이 단순하고 혼란스러운 인플레이션을 생각해 냈습니다. 그리고 우리가 어떤 종류의 트릭에 대해 이야기하고 있는 것이 아니라 모든 것이 고조파 발진기 이론만큼 간단할 수 있다는 것이 분명해졌습니다.
하지만 나는 이 모든 것이 왜 필요한지는 말하지 않았습니다. 그런데 왜요. 인플레이션 동안, 이 단계에서 내가 아래로 미끄러지는 동안 우주는 이렇게 여러 번 팽창할 수 있었습니다. 이것은 가장 간단한 모델에 있습니다. 이 숫자는 무엇을 의미하나요? 자, 이제 이것이 무엇을 의미하는지 말씀드리겠습니다. 산술의 예. 가장 작은 눈금은 10-33cm입니다. 여기에 10을 곱한 다음 여기에 이 숫자의 0을 그립니다. 0의 개수는 중요하지 않습니다. 이제 질문이 생깁니다. 제품은 무엇과 동일합니까? 그리고 대답은 그것이 같은 것과 같다는 것입니다. 즉, 10 –33은 더 이상 쓸 수 없으며 작은 것입니다. 이것은 우주가 그토록 거대한 크기로 밝혀졌다는 것을 의미합니다. 지금 우리는 얼마나 볼까? 이 130억 년에 빛의 속도를 곱하면 약 10 28cm가 되지만, 센티미터든 밀리미터든 상관없습니다. 중요한 것은 이것이 이보다 비교할 수 없을 정도로 적다는 것입니다.
즉, 우리가 관찰할 수 있는 우주의 일부입니다. 우리는 여기 어딘가에 있습니다. ( 이제 갚을 수 있겠죠?) 우주는 팽창하고, 부풀고, 부풀고, 부풀기 시작했고, 우리는 말하자면 이 거대한 지구의 표면에 살고 있습니다. 이것이 바로 평행선이 평행하게 보이는 이유입니다. 이것이 바로 북쪽과 북쪽을 본 사람이 아무도 없는 이유입니다. 남극. 따라서 우주의 우리 부분은 여기 어딘가에서 여기 어딘가에서 거의 한 지점에서 시작되었습니다. 이것이 바로 여기의 모든 초기 속성이 나란히 있고 거의 동일했던 이유입니다. 그러므로 여기에서도 마찬가지입니다.
우주는 왜 그토록 균일한가? 자, 당신이 히말라야를 가져다가 이렇게 여러 번 떼어냈다고 상상해 보세요. 이는 계곡에서 산까지 그렇게 많이 걸어야 하기 때문에 아무도 배낭을 가지고 거기에 가지 않을 것임을 의미합니다. 평평한 곳이 있을 겁니다. 이것이 바로 우리 우주가 그토록 평평하고, 매우 균질하며, 모든 방향에서 동일한 이유입니다.
왜 등방성인가요? 등방성이란 무엇입니까? 글쎄요, 그것은 모든 방향에서 똑같은 구형처럼 보이지만 오이처럼 보일 수도 있습니다. 그러나 내가 오이를 이렇게 여러 번 부풀리고 우리가 그 피부에 산다면 그것은 모든 방향에서 동일할 것이므로 우주는 모든 방향에서 동일하게 될 것입니다. 즉, 이런 방식으로 우리는 우리가 겪었던 대부분의 문제를 해결합니다. 우주는 왜 그렇게 큰가? 이유는 다음과 같습니다! 기본 입자는 몇 개입니까? 하지만 너무 많아요! 그렇기 때문에 우리는 충분합니다 ...
즉, 우리는 이 모든 것이 어디서 왔는지 아직 알지 못하므로 초기 특이점 문제를 쉽게 해결할 수 없습니다. 이에 대해 조금 더 이야기하겠습니다. 그러나 이것이 바로 이 이론이 필요한 이유입니다.
반면에 우리가 조금 과장한 것으로 드러날 수도 있습니다. 히말라야가 완전히 평평해지면 우주 전체가 너무 평평하고 균질해져서 그곳에 사는 것이 정말 좋지 않을 것이고, 그러면 우리는 어디에서도 은하계를 얻을 수 없을 것이기 때문입니다.
그러나 양자요동으로 인해 은하가 생성될 수 있다는 것이 밝혀졌습니다. 그리고 이것은 Chibisov와 Mukhanov가 여기 FIAN에서 말한 것입니다. 그들은 스타로빈스키의 모델을 연구하여 공간의 양자 변동을 관찰하고 우주가 팽창하는 동안 무슨 일이 일어나는지 살펴보면 은하가 탄생할 수 있다는 것을 알았습니다. 그리고 우리는 그들을 보면서 생각했습니다. 여기서 말하는 것이 무엇입니까? 당신은 양자 변동에 대해 이야기하고 있지만 우리는 은하계에 대해 이야기하고 있습니다! 그들은 진짜입니다... 그리고 이것이 밝혀졌습니다. 이것은 우리가 이 모든 것을 스칼라 필드 등의 언어로 번역한 때입니다... 일반적으로 여러분, 잘하셨습니다! 당신은 전에 이것을 생각했어야 했습니다!
우주는 레이저처럼 작동하지만 레이저 장 대신 은하계를 생성합니다. 그것이 바로 지금 일어나고 있는 일입니다. 스칼라 필드, 첫 번째 고주파수, 양자 변동을 살펴보겠습니다. 양자 변동은 항상 존재합니다. 여기 이 청중 속에는 작은 거리에서 양자 변동이 있습니다. 두 시간 줘서 다행이다. 안 끝났을 텐데... 아마 두 시간 안에 끝낼 것 같은데...
그래서 지금 바로 여기에 양자요동이 존재하지만 항상 진동하기 때문에 작은 망원경을 통해 보고 빠르게 그렇게 쏘면 거기에 뭔가 나타나고 사라지는 것을 볼 수 있습니다. 당신은 그것을 쉽게 볼 수 없을 것이고 그것은 우리에게 중요하지 않습니다. 그런데 우주가 급속히 팽창하는 동안 이런 양자요동이 있었다고 가정해보자. 그것은 우주의 팽창과 함께 늘어났습니다. 충분히 늘어났을 때 스칼라 필드에 대한 이 방정식을 기억하세요. 점이 있는 3Hψ라는 용어는 어디에 있습니까? 방정식, 마찰 항. 당신의 장이 단파였을 때, 마찰에 의해 멈출 수 없을 만큼 에너지로 두드리기 때문에 마찰에 대해 아무것도 몰랐습니다. 그러다가 늘어나 자 에너지를 잃고 갑자기 우주가 팽창하고 마찰이 발생하는 것을 느꼈고 그대로 얼어 붙었습니다. 그것은 얼었고 계속 팽창하여 우주를 늘렸습니다.
그 후 여기에 그려진이 변동의 배경에 대해 이전에는 매우 단파장, 활력 등이었던 이전 변동이 뻗어 우주가 팽창하는 것을보고 마찰을 느끼고 얼어 붙었습니다. 이전에 얼어 붙은 변동의 배경.
그 후에도 우주는 계속해서 팽창했고, 새로운 변동이 얼어붙어 우주는 기하급수적으로 팽창했습니다. 그 결과 무슨 일이 일어났나요? 이 모든 변동이 큰 규모로 부풀려졌다는 것입니다.
이제 이것이 무엇인지 설명하겠습니다. 이것은 변동의 발생과 추가 진화를 시뮬레이션하는 것처럼 보이는 계산 결과입니다. 그것이 무엇인지, 그것이 무엇인지 설명하겠습니다. 요점은 이것이다. 우리는 이러한 양자 변동을 취했습니다. 그들은 얼었다. 우주는 기하급수적으로 큰 규모로 이질화되었습니다. 이러한 이질성 나티, 백 나티, 백 나 t... 그러면 인플레이션이 끝났습니다. 그러면 우주의 이 부분은 아직 우주의 이 부분을 볼 수 없습니다. 그리고 시간이 흘러 그들은 서로를 만났습니다. 그리고 그들이 그것을 보았을 때 우주의 이 부분은 이렇게 말했습니다. “오, 나는 에너지가 적고 당신은 더 많은 에너지를 가지고 있습니다. 어서, 내가 만든 모든 돌은 이 방향으로 날아갈 거야. 여기가 중력이 더 강하기 때문이야.” 그리고 이러한 변동은 동결되지 않습니다. 즉, 처음에는 우주의 급속한 팽창으로 인해 얼어 붙었습니다. 그리고 나서, 우주의 두 부분이 서로를 보았을 때, 이러한 변동은 얼어붙었고, 남작 Munchausen에 따르면 이것은 문자 그대로...입니다.
어렸을 때 지금 그들은 당신에게 Baron Munchausen을 읽도록 가르치고 있습니까? 그들은 우리에게 책을 읽어주었습니다. 그가 러시아를 여행한 방법. 그는 독일 거짓말쟁이였지만 러시아와 시베리아 전역을 여행했습니다. 그들은 사냥을 하고 있었습니다. 그리고 서리가 너무 심해서 친구들에게 모여들고 싶을 때 "투투투투투!"라고 말했지만 경적에서 소리가 얼어붙어서 아무 일도 일어나지 않았습니다. 글쎄, 그는 추웠고 경험 많은 사람처럼 눈 속에 동굴을 파고 거기에 묻혔습니다... 다음날 아침 갑자기 그는 "Tut-tutu-tutu!"라는 말을 듣습니다. 무슨 일이에요? 소리가 커지기 시작했습니다. 아침에 해가 뜨고, 그게 눈도 녹고, 소리도 녹았으니까...
여기도 마찬가지입니다. 첫째, 양자 변동이 얼고 먼 거리에 걸쳐 퍼진 다음 은하가 형성되는 지점에 이르렀을 때 얼고 불균일성이 모여 은하가되었습니다.
먼저 우리는 양자 변동으로 시작했습니다. 그런 다음 신속하게 그것들을 거대하게 만들었습니다. 그리고 우리가 그것들을 거대하게 만들었을 때 실제로는 그것들을 고전적으로 만들었습니다. 이때 그들은 진동하지도 않았고, 사라지지도 않았고, 얼었고, 컸습니다. 이것이 비결입니다. 양자로부터 고전적인 것을 만드는 방법입니다.
그래서 이 영화는 이렇게 보여줍니다. 지금처럼 거의 동질적인 것부터 시작하여 이러한 정현파를 추가하기 시작하면... 각각의 새로운 프레임은 기하급수적으로 더 큰 우주를 보여줍니다. 그런데 컴퓨터가 확장이 안 돼서 사진을 압축했어요. 실제로 각 그림은 기하급수적으로 더 크고 더 큰 우주. 그리고 이 모든 값의 파장은 생성되는 순간 모두 거의 동일합니다. 그런 다음 늘어나지만 여기서는 이것이 건강한 정현파인지 명확하지 않습니다. 여기가 정상인 것 같고, 저기, 탑이 뾰족한데... 이는 단순히 컴퓨터가 압축했기 때문이다.
또 다른 사실도 보이지 않습니다. 스칼라 필드가 우연히 매우 높이 뛰어 오른 곳에서는 스칼라 필드의 에너지가 너무 커서 이곳에서 우주가 그보다 훨씬 빠르게 팽창하기 시작한다는 것입니다. 여기로 확장되었습니다. 따라서 실제로 그림을 올바르게 그린다면 컴퓨터는 어떻게 해야 할지 모르고 컴퓨터의 잘못이 아니라 물리학의 문제일 뿐입니다. 곡선 공간이 놓여 있다는 것은 상상할 수 없습니다. 우리 공간은 곡면처럼 구부러져 있습니다. 항상 성공하는 것은 아니므로 여기서는 아무것도 할 수 없습니다. 이것이 최고점이라는 것을 이해하면됩니다. 즉 여기에서 여기까지의 크기가 훨씬 크다는 것을 의미합니다. 더 큰 크기여기에서 여기까지. 실제로 여기에 건강한 거품이 있습니다.
이것은... - 러시아 훈련의 장점이기도 한 - 우리가 대학에서 군사 실습을 할 때 알게 된 것입니다. 직선 거리가 곡선 거리보다 훨씬 길 수 있다는 것입니다. 장교 옆으로 직선이 지나간다... 여기, 이 봉우리 옆에서 직선으로 걸어가면 결코 도달하지 못할 것이다. 거리가 점점 더 멀어지기 때문이다. 곡선 공간은 두 가지 방식으로 생각할 수 있다. 첫째, 우리는 우주의 팽창에 대해 이야기할 수 있고, 둘째, 인간의 압축에 대해 이야기할 수 있습니다. 인간은 모든 것의 척도이다. 여기에서 나와서 정상 부근에 오면 발걸음이 점점 작아지고 작아져서 걷기가 힘들다고 말할 수 있습니다. 이것은 여기에 이 거품이 무엇인지에 대한 다른 이해입니다. 그것은 단순히 우주에 비해 당신 자신이 축소되는 장소입니다. 이것들은 거의 동등한 것입니다.
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우리는 이 모든 것을 어떻게 알 수 있습니까? 이것이 모두 사실인지 어떻게 알 수 있나요? 글쎄요, 우선, 솔직히 말해서 우리는 이것이 사실이라는 것을 처음부터 알고 있었습니다. 이론이 너무 아름다워서 모든 것을 너무 쉽게 설명했기 때문에 그 이후로는 실험적 증거조차 실제로 필요하지 않았습니다. 왜냐하면 우주는 음... 크거든요? - 큰. 평행선은 교차하지 않나요? - 교차하지 않아요... 등등. 다른 설명은 없었습니다.
따라서 실험 데이터가 있습니다. 하지만 사람들은 어쨌든 이유가 있어서 우리가 몰랐던 다른 것을 예측하고 그것이 확인되기를 원합니다. 그리고 예측 중 하나는 이러한 양자 요동입니다. 하늘에서 볼 수 있다면 좋을 텐데 우리는 보지 못했습니다. 그리고 차례로 다양한 시스템과 위성이 발사되기 시작했습니다. 최초의 멋진 위성은 90년대 초반에 발사된 "Kobe"(COBE)였으며 작년에 사람들은 노벨상그에 대한. 그들은 다음을 보았습니다. 그들은 우주의 다른 측면에서 우리에게 오는 마이크로파 방사선이 약간 이방성이라는 것을 알았습니다.
이제 그것이 무엇인지 설명하겠습니다. 우리 얘기 중이야. 60년대 중반에 사람들은 약 2.7K의 온도를 가진 방사선이 지구로 오는 것을 보았습니다. 전파와 같은 것, 매우 낮은 에너지이지만 모든 방향에서 오는 것입니다. 그런 다음 그들은 그것이 무엇인지 깨달았습니다. 우주가 폭발했을 때, 우주는 뜨거웠습니다. 그러다가 그것이 팽창하면서 이 광자들은 에너지를 잃었고, 그들이 우리에게 도달했을 때 아주 적은 양의 에너지만을 가지고 죽은 상태로 도착했습니다. 그리고 모든면에서 동일한 에너지가있었습니다 - 2.7K. 온도는 에너지의 척도입니다. 그런 다음 그들은 더 자세히 관찰하기 시작했고 이 방향의 온도가 2.7도인 것을 확인했습니다. ...을 더한또 다른 10 –3이지만 이 방향에서는 2.7 마이너스또 다른 10 –3. 왜 이런가요? 그 이유는 다음과 같습니다. 지구가 전체 우주와 관련하여 움직이기 때문입니다. 그리고 매우 붉은색 이동이 있습니다. 우리가 움직이는 방향으로 갈수록 하늘은 더 파랗게 변하고 광자는 좀 더 활발해집니다. 그리고 우리가 이동하는 곳에서는 조금 더 빨간색입니다. 단순한 효과였습니다. 그리고 우리는 우주 마이크로파 배경 복사와 관련하여 우리가 어떤 속도로 움직이고 있는지 즉시 깨달았습니다. 모든 것이 간단했습니다.
그리고 사람들은 다른 구조가 있는지 알고 싶어 했나요? 그래서 그들은 위성을 발사했습니다. 그 중 하나는 "Kobe"입니다. 여기 사진에는 이와 같은 위성인 WMAP가 있습니다. 그리고 시간이 지남에 따라 진화하는 모습을 보여주는 그림입니다.
먼저 빅뱅이 있었고, 그런 다음 우주의 가속이 있었습니다. 인플레이션이 있었고, 양자 변동이 발생하여 얼어붙었고, 이러한 양자 변동이 얼어붙어 우주에 작은 구조가 출현했습니다. 이때 우주는 매우 뜨거웠습니다. 이곳은 태양이 우리에게 불투명한 것처럼 너무 뜨거워서 신호가 우리에게 도달하지 못했습니다. 매우 뜨거워서 우리는 태양 속으로 수백 킬로미터 깊이까지만 볼 수 있습니다. 여기…
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그러다가 갑자기 우주가 일반 방사선에 대해 투명해졌습니다. 전자가 양성자와 결합하여 원자로 바뀌고, 우주가 어느 정도 중성이 되었을 때 빛이 우리에게 전달되기 시작했기 때문입니다. 그리고 이제 우리는 이 순간부터 지나간 방사선을 봅니다. 그리고 이 위성들은 10 -5 K의 정확도로 우주의 여러 지점에서 온도를 관찰하고 측정했습니다. 실험실에서 1도 켈빈의 온도를 얻는 것이 어려웠다고 상상해 보십시오. 사람들은 우주의 온도를 2.7K 이상으로 측정했고 그 이후에는 많은 징후가 있었고 이 온도의 부정확성을 10-5의 정확도로 측정했습니다. 잘, SF! 나는 이것이 가능하다고 전혀 믿지 않았지만 실험적인 친구들을 신뢰하기 시작했습니다. 왜냐하면 우리는 이론가이지만 실험자는...
그래서 그들은 하늘의 작은 점들을 측정했습니다. 이 작은 점들은 여기에 그려져 있습니다. 우리는 에너지가 더 많은 곳이 청색 편이이고, 에너지가 적은 곳이 적색 편이라는 것을 알고 있지만 여기서는 그 반대입니다. 이 지도를 그린 사람들은 이것이 인간의 심리학이 작동하는 방식이 아니라는 것을 이해했습니다. 어쨌든 이것은 가시 광선이 아니고 전파 방출이므로 빨간색도 흰색도 아니고 아무것도 아닙니다. 그래서 인위적으로 색을 칠한 것입니다. 그리고 그것이 빨간색이라는 사실은 그곳이 뜨겁다는 것을 이해하는 것입니다. 그리고 파란색인 곳은 춥다는 것을 이해하는 것입니다. 그래서 그들은 그것을 정확히 반대 방향으로 그렸습니다. 그러나 그것은 중요하지 않습니다. 중요한 것은 하늘의 이러한 지점이 10 –5 이내로 정확하다는 것입니다.
이 하늘의 한 부분을 더 자세히 보면 이것이 바로 여기에서 얻을 수 있는 사진입니다. 이것들은 반점입니다. 그것은 무엇입니까? 이것이 무엇인지입니다. 스칼라 장의 이러한 양자 변동이 발생하여 하늘 전체로 퍼지고 거기에서 얼어 붙고 우주의 기하학과 물질의 밀도가 약간 변경되었으며 이로 인해 우리에게 오는 유물 방사선의 온도가 변경되었습니다. 이 온도, 이러한 불균일성은 인플레이션의 마지막 단계에서 발생한 양자 변동의 사진입니다. 즉, 우리는 이제 하늘 전체를 보고 있으며, 이 전체 하늘은 인플레이션의 마지막 단계인 약 10~30초에 발생한 양자 요동이 묘사된 사진 판처럼 나타납니다. 빅뱅이 일어난 후 10~30초 사이에 무슨 일이 일어났는지 사진으로 볼 수 있습니다. 글쎄, 기적, 내가 뭐라고 말할 수 있니!
우리는 이 사진을 볼 뿐만 아니라 그 스펙트럼 특성도 연구했습니다. 즉, 큰 각도 크기의 이러한 점은 하나의 강도를 갖고 작은 각도 크기에서는 다른 강도를 갖습니다. 우리는 이러한 변동의 스펙트럼을 계산하여 스펙트럼이 다음과 같다는 것을 알아냈습니다. 검은 점은 바로 이 WMAP 위성이 실험적으로 보는 것입니다. 그 이후로 이 분야에까지 확장된 다른 결과가 나타났지만 지금은 여기에 제시하지 않았습니다. 하지만 빨간색 선은 이론적 예측입니다. 가장 단순한 모델인플레이션 우주와 검은 점은 실험적으로 보이는 것입니다.
여기에는 몇 가지 예외가 있습니다. 큰 각도에서는 가장 큰 거리가 작습니다. 여기 엘- 여기 이 축에 있는 것은 고조파 수입니다. 즉, 많을수록 엘, 고조파가 많을수록 각도가 작아집니다. 작은 각도에서는 실험 데이터와 매우 잘 일치합니다. 큰 각도에서는 완전히 명확하지 않은 일이 발생합니다. 그러나 이것은 단순히 부정확성 때문일 수도 있습니다. 왜냐하면 우리에게는 우주의 한 조각만 주어졌기 때문입니다. 우리는 통계를 연구하지만 우리의 통계는 동전을 한 번 던지는 것과 같습니다. 어떤 통계가 필요합니까? 무슨 일이 일어났는지 대략 50/50인지 확인하려면 그것을 100번 던져야 합니다. 따라서 큰 각도에서는 통계가 그다지 정확하지 않습니다. 그래도 약간의 점이 빠져 있습니다. 여기서 일어나는 일에는 몇 가지 문제가 있습니다. 우주에는 아직 대규모로 설명할 수 없는 몇 가지 이방성이 있습니다. 그러나 그럼에도 불구하고 다른 모든 사항은 완벽하게 들어맞는다는 사실이 밝혀졌습니다. 그러므로 이론과 실험의 일치는 매우 인상적입니다.
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세계관의 변화를 간단한 언어로 설명할 수 있는 방법을 생각해내야겠다고 스스로 결심했습니다. 그리고 세계의 그림... 자, 저는 아직 다방면 우주에 대한 이론에 도달하지 못했습니다. 지금은 간단한 사진입니다. 여기 있습니다. 세상의 그림을 바꾸면 이렇게 보입니다. 우리는 지구에 앉아 주위를 둘러보고 있습니다. 그리고 이제 그들은 이 수정 구체로 둘러싸여 있습니다. 우리는 더 이상 아무것도 볼 수 없지만 별과 행성이 있습니다... 그리고 우리는 우주론을 타임머신으로 사용한다는 것을 알고 있습니다.
우리가 그것을 가지고 보면 태양을 보면 몇 분 전의 태양을 볼 수 있습니다. 먼 별을 살펴보자. 우리는 몇 년 전, 수백 년 전, 수천 년 전의 별들을 보게 될 것입니다.
더 나아가면 우주가 막 뜨거워진 이곳을 보게 될 것입니다. 그때 광자가 우리에게 왔는데, 이것이 위성이 보는 것입니다. 그래서 우리는 이 우주의 불을 보았습니다. 그리고 우주는 불투명합니다. 우리는 130억년 전에 발생한 빅뱅에 더 이상 가까이 다가갈 수 없습니다. 그러나 물론, 예를 들어 이때 방출된 중성미자를 사용한다면 – 우리는 태양의 중심에서 오는 중성미자를 얻을 수 있다는 것을 알고 있습니다 – 우리는 이 빅뱅에 더 가깝게 방출된 중성미자를 얻을 수 있습니다. . 이제 우리는 빅뱅 이후 약 40만년이 지난 시점만을 볼 수 있습니다. 뭐, 결국... 130억에 비하면 40만이면 꽤 괜찮은데... 하지만 중성미자가 있다면 우리는 훨씬 더 가까이 다가갈 수 있을 것입니다. 중력파가 있다면 우리는 문자 그대로 빅뱅이 일어나기 직전인 빅뱅에 아주 가까이 다가갈 수 있을 것입니다.
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인플레이션은 무엇을 말하나요? 그리고 인플레이션은 이렇게 말합니다. 사실이 전체 불은 우주적이고 팽창 후에 발생했으며 전체 우주가 스칼라 장으로 만 채워졌을 때, 입자가 없었을 때 기하 급수적으로 많은 공간이 있었고, 그랬더라도 밀도가 떨어질 것입니다 왜냐하면 우주는 기하급수적으로 팽창하고 있었기 때문입니다.
따라서 인플레이션 이전에 무슨 일이 일어났든 전혀 관련이 없습니다. 이곳의 우주는 사실상 비어 있었고, 에너지는 이 스칼라 필드에 있었습니다. 그리고 그 후에-이 그림을 기억하십시오. 스칼라 장은 아래로, 아래로, 아래로 내려간 다음 점차적으로 바닥에 도달했을 때 허블 상수가 작아졌습니다. 진동하기 시작했고 그 당시 진동으로 인해 정상이 생성되었습니다. 문제. 이때 우주는 뜨거워졌다. 이때 이런 불이 일어났다. 그리고 우리는 이 불이 세상의 시작부터 있었던 것이라고 생각하곤 했습니다. 우리는 불을 뛰어넘는 것을 두려워하는 늑대와 같았고 이것이 세상의 시작이라는 것을 알았습니다.
이제 이 불이 왜 그렇게 균일하게 분포되었는지 설명하기 위해서는 모든 것을 균등하게 하는 무대가 필요하다는 것이 밝혀졌습니다. 그리고 이것은 인플레이션 단계입니다.
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그러면 당신은 이곳을 훨씬 넘어 하늘을 가로질러 걸을 수 있습니다. 왜냐하면 우주는 너무 크고 그곳에는 너무나 많은 것이 있었기 때문입니다. 그리고 더 나아가면 은하계를 생성하는 양자 요동이 일어나는 곳을 보게 될 것입니다. 그리고 우리는 이러한 변동이 너무 커서 빠르게 팽창하고 생성되고 발생하는 우주의 새로운 부분을 발생시키는 장소를 보게 될 것입니다. 그리고 지금. 이러한 양자 변동으로 인해 우주는 은하뿐만 아니라 그 자체의 큰 부분도 생성합니다. 그리고 그것은 끝없이 스스로 재생산하는 우주가 됩니다.
그러나 이 모든 것 외에도 또 다른 효과가 발생합니다. 그래서 나는 한 가지 유형의 스칼라 장이 있는 우주에 대해 말했습니다. 이렇게 단순한 잠재력을 지닌 스칼라장... 소립자 이론을 완전히 설명하려면 많은 스칼라장이 필요하다는 것을 우리는 알고 있습니다. 예를 들어, 전기약력 상호작용 이론에는 힉스장이 있습니다. 그리고 힉스 장은 우리 몸의 모든 입자를 무겁게 만듭니다. 즉, 전자는 질량을 얻고, 양성자는 질량을 얻고, 광자는 질량을 얻지 않습니다. 다른 입자는 질량을 얻습니다. 스칼라 필드에 따라 서로 다른 질량을 얻습니다.
그러나 문제는 거기서 끝나지 않습니다. 다른 유형의 스칼라 장이 발생한다는 대통일 이론도 있습니다. 이것은 다른 분야입니다. 그렇지 않다면 렙톤과 중입자 사이에 근본적인 차이가 없을 것이고 양성자는 쉽게 양전자로 붕괴될 수 있으며 물질과 반물질 사이에는 차이가 없을 것입니다. 거기서 무슨 일이 일어났는지, 어떻게 분리되었는지 설명하기 위해 우리는 또 다른 스칼라 필드를 도입해야 했습니다... 원칙적으로 이러한 스칼라 필드는 많이 있을 수 있습니다. 가장 간단한 이론 - 초대칭 - 대통일론을 보면, 그 안에 있는 위치에너지는 이렇게 그려져 있는 것으로 밝혀지는데...
사실 이것도 대략적인 그림입니다. 이것은 실제로 행렬인 일부 필드입니다. 따라서 이 필드의 한 값을 사용하면 약한 전자기 상호 작용과 강한 전자기 상호 작용 사이의 대칭을 위반하지 않으며 렙톤과 중입자 사이에 차이가 없습니다. 특수한 유형의 대칭 파괴가 우리가 보는 것과 전혀 다른 필드의 또 다른 의미가 있습니다. 세 번째 최소값이 있는데, 이것이 바로 우리 세계의 물리학입니다. 실제로는 여전히 스칼라 필드를 작성해야 하며, 모든 것을 함께 작성하면 그러한 최소값이 12개가 됩니다. 첫 번째 근사치로 보면, 그것들은 모두 같은 에너지를 가지고 있고, 우리는 이 최소치들 중 오직 하나에만 살고 있습니다.
그리고 나서 질문이 생깁니다. 어떻게 이 최소값에 도달했습니까? 그리고 아주 초기 우주에서는 온도가 뜨거웠을 때 이 최소값만 있었습니다. 그리고 문제가 발생했습니다. 초기 우주에서는 우리가 머리 속에서 이 아이디어를 생각해낸 David Abramovich Kirzhnits와 함께 여기에서 개발한 이론에 따라 초기 우주에서 , 모든 상호 작용 간의 대칭이 복원됩니다. 그러면 우리는 여기 앉아야 할 것입니다. 그럼 우리는 어떻게 여기까지 왔나요? 그리고 우리가 거기에 도달할 수 있는 유일한 방법은 인플레이션 중에 생성된 양자 변동을 통해서였습니다.
하지만 이 스칼라 필드도 급등했고 얼어붙었습니다. 그리고 이 최소값으로 점프할 수도 있고, 여기로 점프하고, 뒤로 점프할 수도 있습니다. 그런 다음 이 최소값 중 하나로 점프하면 우리가 이 최소값에 빠진 우주의 부분이 기하급수적으로 커지기 시작했습니다. 이건 기하급수적으로 커지기 시작했고, 이건... 그리고 우주는 기하급수적으로 무너졌습니다. 많은 수의기하급수적으로 큰 크기의 조각들. 각각에는 가능한 모든 유형의 물리학이 포함되어 있습니다.
이것은 무엇을 의미 하는가? 첫째, 스칼라 필드가 많을 수 있습니다. 둘째, 다양한 최소값이 있을 수 있습니다. 그 후, 우리가 어디로 갔는지에 따라 우주는 기하급수적으로 큰 지역으로 나뉘어질 수 있으며, 각 지역은 모든 속성에서 지역적으로 거대한 우주처럼 보입니다. 그들 각각은 크기가 엄청납니다. 우리가 그곳에 산다면 우주의 다른 부분이 존재한다는 사실을 알지 못할 것입니다. 그러나 물리적 법칙은 사실상 다를 것입니다.
즉, 사실 물리학의 법칙입니다. 동일할 수도 있고 동일한 이론을 가지고 있지만 물과 동일하며 액체, 기체, 고체일 수 있습니다. 그러나 물고기는 액체 물에서만 살 수 있습니다. 우리는 최소한의 수준에서만 살 수 있습니다. 그것이 우리가 그곳에 사는 이유입니다. 우주의 이러한 부분이 존재하지 않아서가 아니라 우리가 여기서만 살 수 있기 때문입니다. 그래서 "우주"대신 "다면 우주"또는 "다중 우주"라고 불리는이 그림이 나타납니다.
다른 언어로. 우리는 우리의 속성이 유전암호, 즉 부모로부터 물려받은 유전암호에 의해 결정된다는 것을 알고 있습니다. 우리는 돌연변이가 존재한다는 것도 알고 있습니다. 돌연변이는 이상한 일이 일어날 때 일어납니다. 우주선이 있을 때, 어떤 종류의 화학 반응이 옳지 않을 때, 돌연변이가 발생하려면 무엇이 필요한지 당신이 나보다 더 잘 알고 있습니다. 그리고 우리는 또한 엄청난 수의 종이 있다는 것을 알고 있습니다. 이러한 돌연변이가 존재하는 것이 필요했습니다.
따라서 우주가 팽창하는 동안 돌연변이도 발생했습니다. 당신의 우주는 처음부터 하나의 최소값에 있었더라도 그 이후에는 하나의 최소값에서 다른 최소값으로 점프하기 시작하여 다른 유형우주. 그리고 우주를 한 장소에서 한 상태에서 다른 상태로 옮기는 양자 변동 메커니즘은 이렇게 불릴 수 있습니다... 이것을 우주 돌연변이 메커니즘이라고 부를 수 있습니다.
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(물론 불행하게도 제가 보여주려고 했던 것의 일부가 여기서는 보이지 않습니다. 뭐, 말로 하면...) 풍경. 이 용어는 이 용어, 이 그림이 끈 이론의 맥락에서 매우 중요한 것으로 밝혀졌기 때문에 발생했습니다. 사람들은 모든 상호작용에 대한 이론의 유력한 후보로서 끈이론을 오랫동안 이야기해왔습니다. 불행하게도 나는 이곳에 '떠있다'. 비록 나는 여기 있는 이 사진의 공동저자 중 한 명이지만. 즉, 수년 동안 사람들은 끈 이론을 사용하여 4차원 공간을 설명하는 방법을 몰랐습니다.
사실 끈 이론은 10차원 공간에서 공식화하기가 가장 쉽습니다. 하지만 10차원 공간에서 6차원은 불필요한 것이므로 어떻게든 제거해야 합니다. 아이디어는 아무도 볼 수 없도록 어떻게 든 작은 공으로 압축되어야하고 아무도 6 방향으로 갈 수 없으며 우리는 4 개의 큰 차원, 즉 3 개의 공간과 1 개의 시간 만 볼 수 있다는 것입니다. 그래서 우리는 이 세 가지 공간적 차원을 걸으며 우리 우주가 3차원 + 1시간이라고 생각하지만 실제로는 우주의 중심부 어딘가에 그 기원이 프롤레타리아인, 즉 10차원이라는 정보가 있을 것입니다. 그리고 그녀도 10차원이 되고 싶어합니다. 끈 이론에서는 항상 10차원이기를 원했지만 최근까지 그들은 그것을 4차원으로 만드는 방법, 즉 정상 상태로 두는 방법을 몰랐습니다. 모든 경우에 이 상태는 불안정한 것으로 나타났습니다.
먼 과거에 우주 공간이 거짓 진공 상태에 있었다면 어떻게 될까요? 그 시대의 물질 밀도가 우주의 균형을 맞추는 데 필요한 것보다 적었다면 반발 중력이 지배하게 될 것입니다. 이로 인해 우주는 처음에는 팽창하지 않았더라도 팽창하게 됩니다.
우리의 생각을 더 명확하게 하기 위해 우주는 닫혀 있다고 가정하겠습니다. 그러면 풍선처럼 부풀어 오릅니다. 우주의 부피가 증가함에 따라 물질은 희박해지고 밀도는 감소합니다. 그러나 가진공의 질량 밀도는 고정된 상수입니다. 항상 동일하게 유지됩니다. 따라서 물질의 밀도는 매우 빠르게 무시할 수 있을 정도로 작아지며, 우리에게는 균질하게 팽창하는 거짓 진공의 바다가 남게 됩니다.
팽창은 질량 밀도와 관련된 인력을 초과하는 거짓 진공의 장력으로 인해 발생합니다. 이러한 양은 시간이 지나도 변하지 않으므로 팽창률은 정확히 일정하게 유지됩니다. 이 비율은 단위 시간(예: 1초)당 우주가 팽창하는 비율을 특징으로 합니다. 즉, 이 값은 경제의 인플레이션율, 즉 연간 물가 상승률과 매우 유사합니다. 1980년 구스가 하버드에서 세미나를 가르쳤을 때 미국의 인플레이션율은 14%였습니다. 이 가치가 일정하게 유지된다면 가격은 5.3년마다 두 배로 늘어날 것입니다. 마찬가지로, 우주의 일정한 팽창률은 우주의 크기가 두 배로 커지는 고정된 시간 간격이 있음을 의미합니다.
일정한 두 배의 시간이 특징인 성장을 기하급수적 성장이라고 합니다. 매우 빠르게 거대한 숫자로 이어지는 것으로 알려져 있습니다. 오늘 피자 한 조각의 가격이 1달러라면 10배의 주기(이 예에서는 53년) 후에 그 가격은 $10^(24)$ 달러가 되고, 330주기 후에는 $10^(100)$ 달러에 도달합니다. 1 뒤에 0이 100개 오는 이 거대한 숫자에는 구골(googol)이라는 특별한 이름이 있습니다. 구스는 우주의 기하급수적 팽창을 설명하기 위해 우주론에서 인플레이션이라는 용어를 사용할 것을 제안했습니다.
거짓 진공으로 가득 찬 우주가 배가되는 시간은 믿을 수 없을 정도로 짧습니다. 그리고 진공 에너지가 높을수록 길이는 짧아집니다. 약전기약진공의 경우, 우주는 1/30마이크로초 안에 구골배로 팽창할 것이며, 대통합진공이 있을 경우 이 현상은 $10^(26)$배 더 빠르게 일어날 것입니다. 1초라는 짧은 순간에 원자 크기의 영역이 오늘날 관측 가능한 전체 우주보다 훨씬 더 큰 크기로 팽창할 것입니다.
거짓 진공은 불안정하기 때문에 결국 붕괴되고 그 에너지가 입자 불덩어리를 점화시킵니다. 이 사건은 인플레이션의 종말과 정상적인 우주 진화의 시작을 의미합니다. 따라서 작은 초기 배아로부터 우리는 뜨겁고 팽창하는 거대한 크기의 우주를 얻습니다. 그리고 이 시나리오의 추가 보너스로 놀랍게도빅뱅 우주론의 특징인 지평선과 평면기하학의 문제는 사라진다.
지평선 문제의 본질은 관측 가능한 우주의 일부 부분 사이의 거리가 빅뱅 이후 빛이 이동한 거리보다 항상 더 커졌다는 것입니다. 이는 그들이 서로 상호작용한 적이 없다고 가정하고, 어떻게 온도와 밀도가 거의 정확히 일치하는지 설명하기 어렵습니다. 표준 빅뱅 이론에서는 빛이 이동한 거리가 우주의 나이에 비례하여 증가하는 반면, 우주 팽창이 중력에 의해 느려지면 영역 간 거리가 더 천천히 증가합니다. 오늘날 상호작용할 수 없는 지역은 미래에 빛이 마침내 그들을 분리하는 거리를 덮을 때 서로 영향을 미칠 수 있을 것입니다. 그러나 과거에는 빛이 이동하는 거리가 예상보다 훨씬 짧아졌습니다. 따라서 오늘날 해당 영역이 상호 작용할 수 없다면 이전에는 확실히 그렇게 할 수 없었습니다. 따라서 문제의 근본 원인은 중력의 매력에 있으며, 이로 인해 팽창이 점차 느려집니다.
그러나 허위 진공 상태의 우주에서는 중력이 반발력을 갖고 있어 팽창을 늦추는 대신 속도를 높입니다. 이 경우 상황은 반전됩니다. 광 신호를 교환할 수 있는 영역은 나중에 이 능력을 잃게 됩니다. 그리고 더 중요한 것은 오늘날 서로 접근할 수 없는 영역이 과거에는 상호 작용했음이 틀림없다는 것입니다. 지평선 문제가 사라집니다!
평평한 공간 문제도 쉽게 해결됩니다. 우주는 팽창이 느려지는 경우에만 임계 밀도에서 멀어지는 것으로 나타났습니다. 가속 팽창 팽창의 경우에는 그 반대가 사실입니다. 즉, 우주가 임계 밀도에 접근한다는 것은 우주가 더 평평해진다는 것을 의미합니다. 인플레이션으로 인해 우주가 엄청나게 팽창하기 때문에 우리는 우주의 아주 작은 부분만을 볼 수 있습니다. 이 관측 가능한 영역은 지구와 유사하게 평평하게 보입니다. 지구는 표면 가까이에서 볼 때도 평평하게 보입니다.
그래서, 짧은 기간인플레이션은 우주를 크고, 뜨겁고, 균질하고, 평평하게 만들어 표준 빅뱅 우주론에 필요한 초기 조건을 생성합니다.
인플레이션 이론이 세계를 정복하기 시작했습니다. Guth 자신의 경우 박사후 연구원 임기는 끝났습니다. 그는 모교인 매사추세츠 공과대학(Massachusetts Institute of Technology)의 제안을 받아들였으며 현재도 그곳에서 계속 일하고 있습니다.
A. Vilenkin의 저서 "하나의 많은 세계: 다른 우주의 탐색"에서 발췌
스티븐 호킹을 필두로 다양한 분야의 유명 과학자 33명이 천체물리학자 3명과 맞서 무기를 든 이유는 무엇인지, 우리 우주가 형성되기 위해 어떤 시나리오가 사용됐는지, 팽창에 대한 인플레이션 이론이 맞는지 전문가들과 함께 살펴봤다.
표준 빅뱅 이론과 그 문제점
뜨거운 빅뱅 이론은 20세기 중반에 확립되었으며, 우주 마이크로파 배경 복사가 발견된 지 20년 후에 일반적으로 받아들여졌습니다. 이는 우리 주변의 우주의 많은 특성을 설명하고 우주가 초기 특이 상태(공식적으로는 무한 밀도)에서 발생했으며 그 이후로 지속적으로 팽창하고 냉각되고 있음을 시사합니다.
불과 380,000년 후에 탄생한 가벼운 "메아리"인 CMB 자체는 믿을 수 없을 정도로 귀중한 정보 소스임이 밝혀졌습니다. 현대 관측 우주론의 가장 큰 부분은 우주 마이크로파 배경 복사의 다양한 매개변수 분석과 관련되어 있습니다. 상당히 균일합니다. 평온서로 다른 방향에서는 10 –5 정도의 크기로 변화하며, 이러한 불균일성은 하늘 전체에 고르게 분포됩니다. 물리학에서는 이 특성을 일반적으로 통계적 등방성이라고 합니다. 즉, 이 값은 로컬에서는 변경되지만 전체적으로는 모든 것이 동일하게 보입니다.
우주 확장 계획
NASA/WMAP 과학팀/Wikimedia Commons
우주 마이크로파 배경 복사의 교란을 연구함으로써 천문학자들은 우주 전체를 특징짓는 많은 양, 즉 일반 물질, 암흑 물질 및 암흑 에너지의 비율, 우주의 나이, 우주의 전체 기하학, 중성미자부터 대규모 구조의 진화까지.
빅뱅에 대한 "일반적으로 받아들여지는" 이론에도 불구하고, 이 이론에는 단점도 있었습니다. 즉, 우주의 기원에 관한 몇 가지 질문에 대답하지 못했습니다. 대표적인 것이 '수평 문제'와 '평탄도 문제'이다.
첫 번째는 빛의 속도가 유한하고 우주 마이크로파 배경 복사가 통계적으로 등방성이라는 사실 때문입니다. 사실 우주 마이크로파 배경 복사가 탄생했을 당시에는 빛조차도 오늘날 우리가 포착하는 하늘의 먼 지점 사이의 거리를 이동할 시간이 없었습니다. 따라서 서로 다른 영역이 우주 탄생 이후 아직 신호를 교환할 시간이 없었고 인과적 지평이 교차하지 않기 때문에 왜 그렇게 동일한 지 명확하지 않습니다.
두 번째 문제인 평탄도 문제는 (현대 실험의 정확도 수준에서) 0과 구별할 수 없는 공간의 전체적인 곡률과 관련이 있습니다. 간단히 말해서, 대규모로 볼 때 우주 공간은 평평하며, 핫 빅뱅 이론은 평평한 공간이 다른 곡률보다 바람직하다는 것을 의미하지 않습니다. 따라서 이 값이 0에 근접한지는 적어도 명확하지 않습니다.
33 대 3
이러한 문제를 해결하기 위해 천문학자들은 차세대 우주론 이론을 창안했는데, 그 중 가장 성공적인 이론은 우주의 인플레이션 팽창 이론(간단히 인플레이션 이론이라고 함)입니다. 두 용어 모두 동일한 라틴어 단어에서 유래했지만 상품 가격 상승은 그것과 아무 관련이 없습니다. 인플레이션- "팽만감".
우주의 인플레이션 모델은 핫 스테이지(일반적인 빅뱅 이론에서 시간의 시작으로 간주되는 단계) 이전에 완전히 다른 속성을 가진 또 다른 시대가 있었다고 가정합니다. 당시 공간은 그것을 채우는 특정 장 덕분에 기하급수적으로 빠르게 팽창하고 있었습니다. 1초도 안 되는 순간에 공간은 믿을 수 없을 정도로 팽창했습니다. 이것은 위의 두 가지 문제를 모두 해결했습니다. 우주는 이전 단계에 존재했던 극도로 작은 부피에서 발생했기 때문에 일반적으로 균질한 것으로 나타났습니다. 또한 기하학적 불규칙성이 있으면 인플레이션 팽창 중에 완화되었습니다.
많은 과학자들이 인플레이션 이론 개발에 참여했습니다. 첫 번째 모델은 1980년경 소련의 물리학자 Alan Guth(미국 코넬 대학교 박사)와 이론 물리학자이자 중력 및 우주론 전문가인 Alexey Starobinsky가 독립적으로 제안한 것입니다. 그들은 메커니즘이 달랐지만(Gut는 잘못된 진공 상태로 간주했고 Starobinsky는 수정된 일반 상대성 이론을 고려했습니다) 비슷한 결론을 내렸습니다. 원래 모델의 일부 문제는 소련 물리학자이자 P.N. 물리학 연구소 직원인 물리 및 수학 과학 박사가 해결했습니다. 천천히 변화하는 잠재력의 개념을 도입한 레베데프 안드레이 린데 (느린 인플레이션)그리고 이를 지수 확장 단계의 완성을 설명하는데 사용했습니다. 다음으로 중요한 단계는 양자 변동을 고려해야 하기 때문에 인플레이션이 완벽하게 대칭적인 우주를 생성하지 않는다는 것을 이해하는 것이었습니다. 이것은 소련의 물리학자인 MIPT 졸업생 Vyacheslav Mukhanov와 Gennady Chibisov가 수행했습니다.
노르웨이 국왕 하랄드(Harald)가 카블리(Kavli) 물리학상을 Alan Guth, Andrei Linde, Alexey Starobinsky(왼쪽에서 오른쪽으로)에게 수여하고 있습니다. 2014년 9월 오슬로.
Norsk Telegrambyra AS/로이터
인플레이션 팽창 이론의 틀 내에서 과학자들은 테스트 가능한 예측을 내립니다. 그 중 일부는 이미 확인되었지만 주요 예측 중 하나인 유물 중력파의 존재는 아직 확인되지 않았습니다. 이를 기록하려는 첫 번째 시도가 이미 이루어지고 있지만 현 단계에서는 인류의 기술적 능력을 넘어서는 수준입니다.
그러나 우주의 인플레이션 모델은 어떤 결과를 얻는 데 사용될 수 있을 정도로 너무 일반적으로 공식화되었다고 믿는 반대자들이 있습니다. 한동안 이 논쟁은 과학 문헌에서 진행되어 왔지만 최근에는 세 명의 천체 물리학자 IS&L(과학자 Ijjas, Steinhardt 및 Loeb, Anna Ijjas, Paul Steinhardt 및 Abraham) 성의 첫 글자로 구성된 약어로 구성된 그룹입니다. Loeb)는 Scientific American에 인플레이션 우주론에 대한 그들의 주장에 대한 대중적인 과학 성명을 발표했습니다. 특히 IS&L은 플랑크 위성을 이용해 얻은 우주 마이크로파 배경 온도 지도를 인용해 인플레이션 이론을 평가할 수 없다고 본다. 과학적 방법. 인플레이션 이론 대신 천체 물리학자들은 사건 전개에 대한 자신만의 버전을 제시합니다. 아마도 우주는 빅뱅이 아니라 특정 "이전" 우주의 급속한 압축인 빅 리바운드로 시작되었을 것입니다.
이 기사에 대한 응답으로 인플레이션 이론의 창시자(Alan Gut, Alexey Starobinsky, Andrei Linde)와 스티븐 호킹(Stephen Hawking)과 같은 다른 유명한 과학자를 포함한 33명의 과학자가 같은 저널에 전적으로 동의하지 않는 답변 편지를 게재했습니다. IS&L의 주장과 함께.
이 사이트는 우주론자와 천체물리학자에게 이러한 주장의 타당성, 인플레이션 이론의 예측 해석의 어려움, 초기 우주 이론에 대한 접근 방식을 재고할 필요성에 대해 논평하도록 요청했습니다.
인플레이션 팽창 이론의 창시자 중 한 명인 스탠포드 대학교 물리학 교수인 안드레이 린데(Andrei Linde)는 이러한 주장이 터무니없는 주장이며 비평가들의 접근 방식 자체가 비양심적이라고 생각합니다. 기사이지만 간단히 말해서 선전처럼 보일 것입니다. 이것이 사람들이 사용하는 것입니다. 한마디로 비판의 선두주자는 인플레이션에 대한 대안을 만들기 위해 16년 동안 노력해온 스타인하르트이며, 그의 기사는 오류에 오류가 많다. 글쎄요, 스스로 할 수 없을 때는 역사 교과서에서 잘 알려진 방법을 사용하여 더 대중적인 이론을 비판하고 싶은 욕구가 있습니다. 대부분의 이론가들은 그 내용을 읽지 않았지만 언론인들은 그 내용을 좋아합니다. 물리학은 그것과 거의 관련이 없습니다.”
물리 및 수학 과학 후보자이자 러시아 과학 아카데미 핵 연구소 직원인 Sergei Mironov는 과학적 진실이 비전문적 수준의 논쟁에서는 탄생할 수 없음을 상기시킵니다. 그의 의견으로는 비평 기사는 과학적으로 추론되어 작성되었습니다. 다양한 문제인플레이션 이론. 이와 같은 리뷰는 필요하며 과학이 굳어지는 것을 방지하는 데 도움이 됩니다.
그러나 그러한 논의가 대중 출판물의 페이지로 넘어가면 상황이 달라집니다. 자신의 과학적 아이디어를 이런 식으로 홍보하는 것이 옳은지 여부는 논쟁의 여지가 있기 때문입니다. 이와 관련하여 Mironov는 저자 중 일부는 해당 분야의 전문가가 아니고 다른 저자는 인플레이션 모델에 대한 대중적인 텍스트를 쓰기 때문에 비판에 대한 반응이 추악해 보인다고 지적합니다. Mironov는 응답 기사가 저자가 IS&L 작업을 읽지도 않은 것처럼 작성되었으며 이에 대한 반론을 제공하지 않았다고 지적합니다. 비판적인 글이 쓰여진 도발적인 방식에 대한 진술은 "답변의 작성자가 단순히 트롤링에 빠졌다"는 것을 의미합니다.
"진실의 공유"
그러나 인플레이션 모델 지지자들을 포함한 과학자들은 그 단점을 인식하고 있습니다. 물리학자 알렉산더 빌렌킨(Alexander Vilenkin)은 미국 메드퍼드 터프츠 대학교 우주론 연구소 교수 겸 소장으로, 우주론 발전에 중요한 공헌을 했습니다. 현대 이론인플레이션은 다음과 같이 말합니다. “Steinhardt와 동료들의 진술에는 어느 정도 진실이 있지만, 나는 그들의 주장이 극도로 과장되었다고 생각합니다. 인플레이션은 양자 변동에 의해 결정되는 초기 조건을 사용하여 우리와 같은 많은 지역의 존재를 예측합니다. 이론적으로는 어느 정도의 확률로 모든 초기 조건이 가능합니다. 문제는 우리가 이러한 확률을 계산하는 방법을 모른다는 것입니다. 각 유형의 영역 수는 무한하므로 무한한 수를 비교해야 합니다. 이러한 상황을 측정 문제라고 합니다. 물론, 기본 이론에서 도출된 단일 척도가 없다는 것은 걱정스러운 신호입니다.”
Sergei Mironov는 언급된 다수의 모델을 이론의 단점으로 간주합니다. 왜냐하면 이를 통해 모든 실험적 관찰에 맞게 조정할 수 있기 때문입니다. 이는 이론이 포퍼의 기준을 만족하지 않는다는 것을 의미합니다. (이 기준에 따르면 이론이 실험으로 반박될 수 있으면 과학적이라고 간주됩니다. - 대략적인 웹사이트), 적어도 가까운 미래에는. 또한 Mironov 이론의 문제점 중 하나는 인플레이션의 틀 내에서 초기 조건에 매개변수의 미세한 조정이 필요하므로 어떤 의미에서는 자연스럽지 않다는 사실입니다. 초기 우주의 전문가이자 물리 및 수학 과학의 후보자이자 국립 핵 물리학 연구소(이탈리아)의 Gran Sasso 과학 연구소 직원인 Sabir Ramazanov도 이러한 문제의 현실을 인식하지만 그 존재가 반드시 의미하는 것은 아니라고 지적합니다. 인플레이션 이론은 틀렸지만, 인플레이션 이론의 여러 측면은 실제로 더 깊이 생각해 볼 가치가 있습니다.
최초의 인플레이션 모델 중 하나인 러시아 과학 아카데미 학자이자 러시아 과학 아카데미 이론 물리학 연구소의 수석 연구원인 Alexey Starobinsky는 Andrei Linde가 1983년에 제안한 가장 간단한 모델 중 하나를 설명합니다. , 실제로 반박되었습니다. 너무 많은 중력파를 예측했기 때문에 Linde는 최근 인플레이션 모델을 재고해야 한다고 지적했습니다.
중요한 실험
천문학자들은 주목한다 특별한 관심인플레이션 이론에 의해 가능해진 중요한 예측은 유물 중력파의 예측이었습니다. 우주 마이크로파 배경 복사 및 관측 우주론 분석 전문가이자 러시아 과학 아카데미 특수 천체 물리학 관측소의 주요 연구원이자 물리 및 수리 과학 박사인 Oleg Verkhodanov는 이 예측이 가장 단순한 변형에 대한 중요한 관측 테스트라고 생각합니다. 인플레이션 팽창, 비판적으로 옹호되는 "대반등" 이론에 대해서는 결정적인 실험이 없습니다.
빅 바운스 이론의 예시
위키미디어 공용
그러므로 유물파에 대한 심각한 제한이 있어야만 또 다른 이론을 논할 수 있을 것이다. Sergei Mironov는 또한 그러한 파동의 잠재적인 발견을 인플레이션을 지지하는 심각한 주장이라고 부르지만, 지금까지는 그 진폭이 제한적이므로 이미 일부 옵션을 폐기할 수 있게 되었으며 예측하지 않는 다른 옵션으로 대체되고 있다고 지적합니다. 너무 강한 일차 중력 교란. Sabir Ramazanov는 이 테스트의 중요성에 동의하며, 또한 이 현상이 관찰에서 발견될 때까지 인플레이션 이론이 입증된 것으로 간주될 수 없다고 믿습니다. 따라서 평평한 스펙트럼을 갖는 1차 중력파의 존재에 대한 인플레이션 모델의 주요 예측은 아직 확인되지 않았지만, 인플레이션을 물리적 현실로 말하기에는 아직 이르다.
"정답, 독자를 부지런히 끌어내려고 노력하고 있습니다."
Alexey Starobinsky는 IS&L의 주장을 자세히 조사했습니다. 그는 세 가지 주요 주장을 확인했습니다.
진술 1: 인플레이션은 무엇이든 예측합니다. 혹은 아무것도 아닌.
"IS&L이 독자를 외면하려는 정답은 '인플레이션' 같은 단어다." 양자 이론필드”, “기본 입자 모델”은 매우 일반적입니다. 복잡성 정도(예: 중성미자 유형 수)가 다른 다양한 모델을 결합합니다.”라고 Starobinsky는 설명합니다.
과학자들이 실험이나 관찰을 통해 각 특정 모델에 포함된 자유 매개변수를 수정한 후에는 모델의 예측이 모호하지 않은 것으로 간주됩니다. 현대의 소립자 표준모델에는 약 20개의 매개변수(주로 쿼크 질량, 중성미자 질량 및 혼합 각도)가 포함되어 있습니다. 가장 간단하고 실행 가능한 팽창 모델에는 그러한 매개변수가 하나만 포함되어 있으며, 그 값은 물질 불균일성의 초기 스펙트럼의 측정된 진폭에 의해 고정됩니다. 그 이후에는 다른 모든 예측이 명확해졌습니다.
학자는 다음과 같이 설명합니다. “물론 다른 조직의 새 구성원을 추가하면 복잡해질 수 있습니다. 물리적 성격, 각각은 새로운 무료 숫자 매개변수와 함께 포함됩니다. 그러나 첫째, 이 경우 예측은 "아무것도"가 아니라 확실합니다. 둘째, 이것이 가장 중요한 점인데, 오늘날의 관찰에 따르면 이러한 용어는 필요하지 않으며 현재 약 10%의 정확도 수준에서는 해당 용어가 존재하지 않습니다!
진술 2. 고려중인 모델에서 인플레이션 단계가 전혀 발생할 가능성은 거의 없습니다. 그 이유는 인플레이션의 잠재적 에너지가 길고 평평한 "고원"을 갖기 때문입니다.
“그 진술은 거짓입니다.”Starobinsky는 단호합니다. "1983년과 1987년의 내 작업에서 이러한 유형의 모델의 인플레이션 체제는 일반적이라는 것이 입증되었습니다. 즉, 0이 아닌 척도를 갖는 일련의 초기 조건에서 발생한다는 것입니다." 이는 이후 수치 시뮬레이션 등을 통해 보다 엄격한 수학적 기준을 사용하여 입증되었습니다.
Starobinsky에 따르면 플랑크 실험의 결과는 Andrei Linde가 반복적으로 표현한 관점에 의문을 제기했습니다. 그에 따르면 인플레이션은 필연적으로 물질의 플랑크 밀도에서 시작되어야 하며 이미 시공간에 대한 고전적 설명을 위한 이 제한 매개변수에서 시작하여 물질은 균일하게 분포되었습니다. 그러나 위에서 논의한 증거는 이를 시사하지 않았습니다. 즉, 이러한 유형의 모델에서는 인플레이션 팽창 단계 이전에 인플레이션 동안보다 시공간 곡률이 더 큰 우주 진화의 이방성 및 불균일 단계가 있습니다.
“더 명확하게 하기 위해 다음 비유를 사용해 보겠습니다.”라고 우주학자는 설명합니다. - 일반 상대성 이론에서 일반적인 해법 중 하나는 커 메트릭(Kerr metric)으로 설명되는 회전하는 블랙홀입니다. 블랙홀은 무엇인가 일반 솔루션, 그들이 어디에나 있다는 것을 의미하지는 않습니다. 예를 들어, 그들은 태양계와 그 주변(다행히도 우리에게는)에 없습니다. 이는 검색하면 확실히 찾을 수 있음을 의미합니다. 그렇게 된 거죠." 인플레이션의 경우에도 동일한 일이 발생합니다. 이 중간 단계는 모든 솔루션에 존재하지 않지만 상당히 광범위한 클래스에 존재하므로 단일 구현, 즉 존재하는 우주에 대해 잘 발생할 수 있습니다. 한 사본에. 그러나 이 일회성 사건이 일어날 가능성은 인플레이션 이전의 상황에 대한 우리의 가설에 의해 완전히 결정됩니다.
진술 3. 거의 모든 인플레이션 모델에서 발생하고 다중 우주의 출현을 수반하는 "영원한 인플레이션"이라는 양자 현상은 인플레이션 시나리오 예측에 완전한 불확실성을 초래합니다. "일어날 수 있는 모든 일은 일어난다."
“이 진술은 부분적으로 거짓이며, 부분적으로는 우리 우주에서 관찰된 효과와 아무런 관련이 없습니다.”라고 학자는 단호했습니다. - 인용부호 안의 단어는 IS&L이 Vilenkin과 Gut의 리뷰에서 차용한 것이지만 그 의미가 왜곡되어 있습니다. 그곳에서 그들은 다른 맥락에 서 있었으며 물리학의 방정식(예를 들어 역학)은 어떤 초기 조건에서도 풀 수 있다는 진부한 말, 즉 언젠가는 어딘가에서 이러한 조건이 실현될 것이라는 초등학생의 말에 지나지 않았습니다.”
왜 "영원한 인플레이션"과 "다중 우주"의 형성이 인플레이션 단계가 끝난 후 우주의 모든 과정에 영향을 미치지 않습니까? 사실 이러한 현상은 과거(그런데 미래에도 마찬가지)의 빛 원뿔 밖에서 발생한다는 것입니다.”라고 Starobinsky는 설명합니다. 그러므로 그것이 과거인지, 현재인지, 미래인지 확실히 말할 수는 없습니다. “엄밀히 말하면 이것은 기하급수적으로 작은 양자 중력 효과까지는 사실이지만, 기존의 모든 일관된 계산에서는 그러한 효과가 항상 무시되어 왔습니다.”라고 학자는 강조합니다.
Starobinsky는 계속해서 이렇게 말합니다. “과거의 빛 원뿔 외부에 무엇이 있는지 탐구하는 것이 흥미롭지 않다고 말하고 싶지는 않습니다. 하지만 이것은 아직 관측 데이터와 직접적으로 연결되어 있지 않습니다. 그러나 여기서도 IS&L은 독자를 혼란스럽게 합니다. "영원한 인플레이션"이 올바르게 설명되면 인플레이션 단계 시작 시 주어진 조건에서 예측에 임의성이 발생하지 않습니다(비록 모든 동료가 이에 동의하지는 않지만). 더욱이 많은 예측, 특히 인플레이션이 끝날 때 발생하는 물질의 불균일성과 중력파의 스펙트럼은 이러한 초기 조건에 전혀 의존하지 않습니다.”라고 우주론자는 덧붙입니다.
“초기 우주 물리학의 기초를 긴급히 수정할 필요는 없습니다.”
Oleg Verkhodanov는 아직 현재 패러다임을 포기할 이유가 없다고 지적합니다. “물론 인플레이션에는 해석의 여지가 있습니다. 즉, 일련의 모델입니다. 하지만 그 중에서도 CMB 지도의 지점 분포와 가장 일치하는 것을 선택할 수 있습니다. 지금까지 플랑크 임무 결과의 대부분은 인플레이션에 우호적이었습니다.” Alexey Starobinsky는 1980년에 그가 제안한 뜨거운 빅뱅 이전의 드 시터 단계를 갖춘 최초의 모델이 IS&L이 호소하는 플랑크 실험의 데이터와 잘 일치한다고 지적합니다. (약 10~35초 동안 지속된 디시터 단계 동안 우주는 급속히 팽창했고 우주를 채우는 진공은 그 속성을 바꾸지 않고 늘어나는 것처럼 보였습니다. - 웹사이트 참고).
Sabir Ramazanov는 일반적으로 그에 동의합니다. “1차 교란 스펙트럼의 가우스 특성, 일정한 곡률 모드의 부재, 스펙트럼의 기울기 등 여러 가지 예측이 WMAP 및 플랑크 데이터에서 확인되었습니다. 인플레이션은 초기 우주 이론으로서 당연히 지배적인 역할을 합니다. ~에 이 순간초기 우주 물리학의 기본을 긴급하게 수정할 필요는 없습니다.” 우주론자 세르게이 미로노프(Sergei Mironov)는 또한 이 이론의 긍정적인 특성을 다음과 같이 인식합니다. "인플레이션이라는 개념 자체가 매우 우아합니다. 이를 통해 우리는 뜨거운 빅뱅 이론의 모든 근본적인 문제를 단번에 해결할 수 있습니다."
"일반적으로 IS&L 기사의 결과는 처음부터 끝까지 공허한 잡담입니다."라고 Starobinsky는 요약합니다. “이것은 우주론자들이 현재 연구하고 있는 실제 문제와는 아무런 관련이 없습니다.” 동시에 학자는 다음과 같이 덧붙입니다. “또 다른 점은 아인슈타인의 일반 상대성 이론, 현대 소립자 모델 및 인플레이션 모델과 같은 모든 모델이 그렇지 않다는 것입니다. 마지막 말과학. 그것은 항상 대략적인 것일 뿐이며, 어느 정도의 정확도에서는 확실히 작은 수정 사항이 나타날 것입니다. 그로부터 우리는 많은 것을 배울 것입니다. 새로운 물리학. 천문학자들이 지금 찾고 있는 것은 바로 이러한 작은 수정들입니다.”
우주는 탄생 직후 엄청나게 빠르게 팽창했습니다.
20세기 30년대부터 천체물리학자들은 허블의 법칙에 따라 우주가 팽창하고 있다는 사실을 이미 알고 있었습니다. 이는 우주가 과거의 특정 순간에 시작되었음을 의미합니다. 따라서 천체 물리학자의 임무는 겉보기에 단순해 보였습니다. 허블 확장의 모든 단계를 역연대순으로 추적하고, 각 단계에서 해당 물리 법칙을 적용하고, 이 길을 끝까지, 더 정확하게는 처음까지 추적하는 것입니다. -모든 일이 어떻게 일어 났는지 정확히 이해합니다.
그러나 1970년대 후반에도 초기 우주와 관련된 몇 가지 근본적인 문제는 해결되지 않은 채로 남아 있었습니다.
이러한 문제를 해결하는 열쇠는 우주가 탄생한 직후에 우주가 매우 밀도가 높고 매우 뜨겁다는 생각이었습니다. 그 안의 모든 물질은 뜨거운 쿼크와 렙톤 덩어리였습니다. 센티미터.표준 모형)은 원자로 결합할 방법이 없었습니다. 현대 우주에서 작용하는 다양한 힘(예: 전자기 및 중력)는 통합된 힘 상호작용 장에 해당합니다( 센티미터.보편이론). 그러나 우주가 팽창하고 냉각됨에 따라 가상의 통일된 장은 여러 힘( 센티미터.초기 우주).
1981년 미국 물리학자 앨런 구스(Alan Guth)는 우주 탄생 후 약 10~35초 후에 발생하는 통일된 장에서 강한 상호 작용이 분리된다는 사실을 깨달았습니다(생각해 보세요. 0은 34개이고 소수점 이하 1은 1입니다!). 발전의 전환점이 되었습니다. 일어난 상전이우주 규모의 한 상태에서 다른 상태로의 물질 - 물이 얼음으로 변하는 것과 유사한 현상. 그리고 물이 얼 때 무작위로 움직이는 분자가 갑자기 "잡아" 엄격한 결정 구조를 형성하는 것처럼 방출된 강한 상호 작용의 영향으로 우주에서 물질의 일종의 "결정화"인 즉각적인 구조 조정이 일어났습니다.
터지는 모습을 누가 보았습니까? 수도관또는 심한 서리가 내린 자동차 라디에이터 튜브의 물이 얼음으로 변하자마자 자신의 경험물이 얼면 팽창한다는 것을 안다. Alan Guth는 강한 상호작용과 약한 상호작용이 분리될 때 우주에서도 비슷한 일, 즉 점프와 같은 팽창이 일어났다는 것을 보여줄 수 있었습니다. 이것은 확장 프로그램입니다. 인플레이션, 일반적인 허블 확장보다 몇 배 빠릅니다. 약 10~32초 만에 우주는 50배로 팽창했습니다. 이는 양성자보다 작았고 자몽 크기가 되었습니다(비교하자면 물이 얼면 10%만 팽창합니다). 그리고 이러한 우주의 급속한 인플레이션 팽창은 위에서 언급한 세 가지 문제 중 두 가지를 직접적으로 설명하는 문제를 제거합니다.
해결책 공간 교정 문제다음 예는 이를 가장 명확하게 보여줍니다. 얇은 탄성 지도에 그려진 좌표 격자가 우연히 구겨지는 것을 상상해 보십시오. 이제 공 모양으로 구겨진 이 탄성 지도를 가져다가 세게 흔들면 구겨질 때 아무리 변형해도 다시 평평한 모양이 되고 좌표선이 복원됩니다. 마찬가지로, 인플레이션 팽창이 시작될 때 우주 공간이 얼마나 구부러졌는지는 중요하지 않습니다. 가장 중요한 것은 이 팽창이 끝나면 공간이 완전히 직선화된다는 것입니다. 그리고 우리는 상대성 이론을 통해 공간의 곡률이 그 안에 있는 물질과 에너지의 양에 달려 있다는 것을 알고 있기 때문에 우주에 허블 팽창의 균형을 맞추기에 정확히 충분한 물질이 있는 이유가 분명해집니다.
인플레이션 모델을 설명하고 지평선 문제, 그렇게 직접적이지는 않지만. 흑체 복사 이론을 통해 우리는 물체에서 방출되는 복사가 온도에 따라 달라진다는 것을 알고 있습니다. 따라서 우주의 먼 부분의 복사 스펙트럼을 통해 온도를 결정할 수 있습니다. 이러한 측정은 놀라운 결과를 가져왔습니다. 우주의 관측 가능한 모든 지점에서 온도(소수점 4자리까지의 측정 오류 포함)가 동일하다는 것이 밝혀졌습니다. 일반적인 허블 확장 모델에 따르면 빅뱅 직후의 물질은 온도가 동일해지기에는 너무 멀리 퍼져 있었을 것입니다. 팽창 모델에 따르면, t = 10 -35초가 되는 순간까지 우주의 물질은 허블 팽창 동안보다 훨씬 더 컴팩트하게 유지되었습니다. 이는 극히 짧은 기간열평형이 확립되기에는 충분했고, 이는 인플레이션 팽창 단계에서도 방해받지 않고 오늘날까지 보존되고 있습니다.
미국의 물리학자, 소립자와 우주론 분야의 전문가. 뉴저지주 뉴브런즈윅에서 태어났습니다. 매사추세츠대학교에서 박사학위를 받았습니다. 기술 연구소, 그는 1986년에 돌아와 물리학 교수가 되었습니다. Guth는 스탠포드 대학에 있으면서 기본 입자 이론을 연구하면서 우주의 인플레이션 팽창 이론을 개발했습니다. 우주를 "끝없이 스스로 조립한 식탁보"로 평가한 것으로 알려져 있습니다.
우주 팽창 모델은 빅뱅 초기 단계의 우주 팽창 법칙과 상태에 관한 과학적인 우주론이다. 뜨거운 우주의 표준 모델과 달리 이 이론은 10 28 켈빈 이상의 온도에서 초기 단계에서 우주의 가속 팽창 기간을 가정합니다.
우주의 인플레이션 모델은 비교적 최근에 개발되었습니다. 20세기 30년대에 과학자들은 우리 우주가 끊임없이 팽창하고 있다는 것을 알고 있었습니다. 이것에서 중요한 역할은 다음과 같은 발견에 의해 수행되었습니다. 이 사실. 과학자들은 우주의 팽창 과정이 시작되기 전에 이루어졌다는 것을 깨달았습니다. 이러한 이유로 그들은 물리적, 수학적 법칙을 사용하여 우주 형성 과정을 이론적으로 재현하고 우주 팽창의 원동력이 정확히 무엇인지 이해하기로 결정했습니다.
우주 형성에 대한 이론을 만들면서 과학자들은 다음과 같은 여러 가지 질문에 직면했습니다. 예를 들어 우주가 거의 동일한 비율의 물질로 구성되어야 한다면 우주에 반물질이 왜 그렇게 적습니까? 개별 부분이 어떤 식으로든 서로 접촉할 수 없다면 우주의 모든 지역의 온도가 거의 같게 된 이유는 무엇입니까? 우주가 허블의 속도를 늦출 수 있는 질량과 에너지를 갖고 있는 이유는 무엇입니까? 이러한 질문에 대한 답을 찾는 동안 과학자들은 다음과 같은 결론을 내렸습니다. 표준 모델뜨거운 우주(hot Universe)는 우주의 기원이 시작될 때 매우 조밀하고 뜨거웠으며 그 안에 모든 입자 사이에 단일 상호 작용 필드가 있었다고 말합니다. 그 후, 우주가 팽창하고 냉각됨에 따라 이 장은 전자기력, 중력, 강력 및 약력으로 분해되어 원시 우주를 구성하는 입자가 원자 및 기타 복잡한 구조로 결합할 수 있게 되었습니다.
1981년 미국 과학자 앨런 구스(Alan Guth)는 우주의 원시 물질이 한 상태에서 다른 상태로 상전이될 뿐만 아니라 단일 장으로부터 강한 상호작용이 분리되는 현상이 우주 탄생 후 약 10~35초 후에 발생한다는 사실을 깨달았습니다. 우주. 이 기간은 조건부로 "우주의 초기 결정화"또는 "우주의 놀라운 팽창"이라고 부를 수 있습니다. 어떤 면에서 이 과정은 물을 얼려 얼음으로 만드는 과정을 연상시킨다. 물이 얼면 부피가 팽창한다는 사실은 누구나 알고 있습니다. Alan Gut는 실제로 다음과 같이 제안했습니다. 첫 단계우주가 형성되는 동안 급격한 팽창이 발생했습니다. 덕분에 우주는 아주 짧은 순간에 50배 팽창했습니다. 과학자는 그의 이론을 우주의 인플레이션 모델이라고 불렀습니다 (English Inflate의 인플레이션-팽창, 펌프 업). 이 모델을 사용하면 우주가 허블 팽창을 늦출 수 있을 만큼 질량과 에너지를 갖고 있는 이유와 우주의 모든 영역의 온도가 거의 같은 이유를 설명할 수 있습니다.
허블 거리는 우리가 관찰하는 우주와 일치합니다. 이는 우리 우주의 유한한 나이와 빛의 속도로 인해 이제 관측 지평선에서 동일하거나 더 작은 거리에 있는 우주 영역만 관찰할 수 있음을 말해줍니다.
