4.8
(14)

În timpul primelor sale fracțiuni de secundă, universul ar fi experimentat o expansiune rapidă, aproape instantanee. Acest fenomen, numit inflație cosmică, i-ar fi permis să se extindă exponențial, dând naștere universului pe care îl observăm astăzi. Dar cum putem explica această expansiune rapidă și care a fost cauza? Pentru o lungă perioadă de timp, cosmologii au speculat că o entitate misterioasă, un câmp cuantic numit inflaton, a fost responsabilă de această inflație. Acest câmp ar fi furnizat universului energie, provocând expansiunea lui accelerată. Cu toate acestea, această teorie are multe zone gri. În acest context, apar noi ipoteze, dintre care una implică o „spumă cuantică”. Despre ce vorbim mai exact?

Inflația cosmică este un concept cheie pentru înțelegerea primelor zile ale universului. Propus pentru prima dată în anii 1980 de fizicianul Alan Guth, acest model presupune că la doar o fracțiune de secundă după Big Bang, universul a trecut printr-o fază de expansiune ultra-rapidă. Această perioadă de inflație ar fi durat câteva microsecunde, dar în acest scurt timp cosmosul s-ar fi extins exponențial, trecând de la dimensiuni microscopice la proporții colosale. Această expansiune rapidă este esențială pentru a explica câteva caracteristici fundamentale ale universului observabil. Una dintre problemele pe care le rezolvă este „planeitatea” universului: fără inflație, neregulile în curbura spațiului-timp ar fi trebuit să fie vizibile la scară largă, ceea ce nu este cazul. Inflația cosmică a permis universului să atingă o stare aproape perfect plată, indiferent de curbura inițială. Mai mult, inflația explică omogenitatea și izotropia universului pe scară largă. Regiunile extrem de îndepărtate sunt remarcabil de similare ca temperatură și compoziție. Inflația a permis acestor regiuni să comunice între ele înainte de a fi separate prin expansiune rapidă. Inflația ajută la explicarea originii structurilor la scară mare din univers, cum ar fi galaxiile și clusterele de galaxii. Micile fluctuații cuantice din vidul primordial au fost extinse la scară cosmologică, semănând semințele structurii pe care o observăm astăzi.

În ciuda succeselor teoretice incontestabile ale inflației cosmice, rămân câteva provocări. Cea mai importantă este întrebarea inflatonului, câmpul cuantic despre care se crede că este responsabil pentru inflație. Deși acest concept este acceptat pe scară largă de comunitatea științifică, Inflatonul nu a fost încă identificat în mod concludent. Cercetările efectuate până acum nu au permis de fapt detectarea directă a unui anumit câmp sau particule care ar putea corespunde acestei entități. Această lipsă de dovezi tangibile ridică astfel întrebări cu privire la validitatea modelului. Mai mult, rămâne o întrebare majoră cu privire la încetarea inflației: universul a încetat să se extindă rapid la un moment dat, dar de ce s-a întâmplat acest lucru și cum s-a schimbat universul la o expansiune mai moderată după această fază a inflației? Teoriile actuale nu reușesc să răspundă clar la aceste întrebări. Universul timpuriu este o stare extremă și încă puțin înțeleasă, iar inflația nu ne oferă un mecanism satisfăcător de înțelegere a încetării sale. Aceste probleme i-au determinat pe oamenii de știință să caute alternative la modelul inflaționist. În timp ce inflația rămâne teoria dominantă, alte abordări, cum ar fi cele bazate pe spuma cuantică, încep să apară pentru a explica expansiunea rapidă a universului fără a necesita existența unui anumit inflaton.

Spuma cuantică este un concept din fizica cuantică care se referă la fluctuații spontane în spațiu-timp la scară foarte mică. Spre deosebire de spațiul gol pe care îl experimentăm în viața noastră de zi cu zi, vidul cuantic este o mare agitată în care particulele apar și dispar în mod constant. La scară subatomică, aceste fluctuații, deși mici ca amplitudine, au un efect semnificativ asupra structurii spațiu-timp.

Imaginați-vă spațiul ca pe o mare calmă la scară cosmică. Cu toate acestea, la scară infinitezimală, apa acestei mări clocotește, plină de valuri minuscule. Aceste unde reprezintă spumă cuantică. Aceste fluctuații sunt omniprezente și influențează dinamica universului la nivelul fundamental. Una dintre proprietățile interesante ale acestei spume este că poate crea ondulații în materialul spațiu-timp, numite „unde gravitaționale”. Acestea sunt mici deformații care se propagă în tot universul. Deși aceste oscilații sunt mici la scara experienței noastre de zi cu zi, ele au un impact enorm asupra evoluției universului. Dar de ce sunt aceste fluctuații cuantice atât de importante pentru înțelegerea expansiunii rapide a universului? Acest lucru ne aduce la teoria alternativă care se bazează pe spuma cuantică.

În mod tradițional, inflația cosmică se bazează pe ideea unui câmp cuantic specific (inflatonul) care ar fi responsabil pentru expansiunea rapidă a universului. Cu toate acestea, o echipă de cercetători a propus recent un model alternativ care să explice această inflație fără a recurge la inflaton. În această nouă abordare, universul timpuriu ar fi fost mai întâi supus unei constante cosmologice. Aceasta ar fi similară cu energia întunecată care este responsabilă pentru expansiunea accelerată a universului de astăzi. Această constantă cosmologică ar fi lansat o fază de expansiune rapidă. Cu toate acestea, în acest scenariu, fluctuațiile „spumei cuantice” ar fi jucat rolul de a conduce inflația. Într-adevăr, aceste fluctuații cuantice au creat ondulații în spațiu-timp, generând unde gravitaționale care au amplificat la rândul lor această expansiune.

Distorsiunile generate de aceste fluctuații cuantice au semănat și semințele structurilor la scară largă ale universului, cum ar fi galaxiile și clusterele de galaxii. Cu alte cuvinte, spuma cuantică a jucat un rol similar cu inflația tradițională, dând naștere unor perturbații gravitaționale care apoi s-au extins pentru a forma rețeaua cosmică observată astăzi. Această abordare surprinzătoare, prezentată într-o postare pe sereverul de preprinturi arXiv, face posibilă reproducerea efectelor inflației fără a necesita un domeniu specific, cum ar fi inflatonul. Deși promițător, acest model alternativ prezintă anumite provocări. În primul rând, rămâne necesar să explicăm de ce universul timpuriu a fost supus unei constante cosmologice suficient de puternice pentru a provoca o expansiune rapidă. În plus, acest model nu explică pe deplin planeitatea universului și nici de ce regiunile aparent îndepărtate ale universului prezintă caracteristici similare. Cercetătorii care au propus ideea admit că există încă întrebări fără răspuns, inclusiv dacă este necesară o constantă cosmologică puternică pentru a alimenta expansiunea rapidă. Cu toate acestea, modelul lor rămâne o cale interesantă, deoarece arată că mecanismele complexe ar putea fi responsabile de inflație, chiar și fără a recurge la ipoteze suplimentare precum inflatonul.

Unul dintre cele mai interesante aspecte ale acestui model este că ne-ar putea oferi o altă modalitate de a înțelege primele momente ale universului în timp ce depășim limitele cosmologiei actuale.

Cât de util a fost acest articol pentru tine?

Dă click pe o steluță să votezi!

Medie 4.8 / 5. Câte voturi s-au strâns din 1 ianuarie 2024: 14

Nu sunt voturi până acum! Fii primul care își spune părerea.

Întrucât ai considerat acest articol folositor ...

Urmărește-ne pe Social Media!

Ne pare rău că acest articol nu a fost util pentru tine!

Ajută-ne să ne îmbunătățim!

Ne poți spune cum ne putem îmbunătăți?