영원한 인플레이션

Eternal inflation

영원한 인플레이션은 가상의 인플레이션 우주 모델이며, 그 자체가 빅뱅 이론의 성장 또는 확장이다.

영원한 인플레이션에 따르면, 우주의 팽창의 인플레이션 단계는 우주의 대부분에서 영원히 지속된다.이 지역들은 기하급수적으로 빠르게 팽창하기 때문에, 우주의 부피의 대부분은 항상 팽창하고 있습니다.따라서 영원한 인플레이션은 미미한 프랙탈 부피만이 인플레이션을 끝내는 가정하에서의 무한 다중우주를 생성한다.

인플레이션 모델의 초기 연구자들 중 한 명인 폴 스타인하트는 [1]1983년에 영원한 인플레이션의 첫 번째 예를 소개했고, 알렉산더 빌렌킨은 그것이 [2]일반적이라는 것을 보여주었다.

앨런 거스의 2007년 논문 "영원한 인플레이션과 그 영향"[3]은 합리적인 가정 하에 "인플레이션은 일반적으로 미래로 영원하지만 과거로 영원하지는 않다"고 기술하고 있다.구스는 당시 이 주제에 대해 알려진 것을 상세히 설명했고, 영원한 인플레이션이 스타인하르트에 의해 처음 도입된 지 20년이 지난 지금도 여전히 인플레이션의 가능한 결과로 간주되고 있음을 보여주었다.

개요

이론의 전개

주요 기사: 버블 핵 형성

인플레이션, 즉 인플레이션 우주 이론은 원래 성공적인 우주론이라고 여겨졌던 몇 가지 남은 문제들을 극복하기 위한 방법으로 개발되었습니다.

1979년, 앨런 거스는 왜 우주가 평평하고 균질한지를 설명하기 위해 우주의 팽창 모델을 도입했다.[4]기본적인 생각은 우주가 빅뱅 이후 몇 순간 빠르게 팽창하는 시기를 겪었다는 것이었다.그는 인플레이션을 일으키는 메커니즘인 거짓 진공 에너지를 제공했다.구스는 "인플레이션"이라는 용어를 만들었고, 이 이론을 전 세계의 다른 과학자들과 논의한 첫 번째 사람이었다.

구스의 원래 공식은 문제가 있었는데, 인플레이션 시대를 끝내고 오늘날 관측된 뜨겁고 등방성, 균질한 우주와 끝낼 수 있는 일관된 방법이 없었기 때문이다.비록 거짓 진공이 빛의 속도로 팽창하는 "진정한 진공"의 빈 "거품"으로 붕괴될 수 있지만, 그 빈 거품은 남아있는 팽창하는 우주를 따라잡을 수 없기 때문에 합쳐져서 우주를 다시 가열할 수 없었다.

1982년, 이 "은총한 출구 문제"는 안드레이 린데와 안드레아스 알브레히트와 폴 스타인하트가[5] 독립적으로 해결했는데, 그는 빈 거품을 만들지 않고 인플레이션을 끝내는 방법을 보여주었고, 대신에 뜨겁게 팽창하는 우주가 되었다.기본 아이디어는 거품을 만들지 않고 거짓 진공에서 진실로의 지속적인 "느린 롤링" 또는 느린 진화를 하는 것이었습니다.개선된 모델은 "새로운 인플레이션"이라고 불렸다.

1983년 폴 스타인하트는 이 "새로운 인플레이션"이 모든 곳에서 [1]끝날 필요는 없다는 것을 최초로 보여주었다.대신, 그것은 유한한 부분이나 물질과 방사선으로 가득 찬 뜨거운 거품으로 끝날지도 모르고, 그 과정에서 뜨거운 거품이 생기고 나서 뜨거운 거품이 생기는 동안 대부분의 우주에서는 인플레이션이 계속된다.Alexander Vilenkin은 양자 효과가 적절히 포함되었을 때, 이것은 사실상 모든 새로운 인플레이션 [2]모델에 일반적이라는 것을 보여주었다.

슈타인하르트와 빌렌킨에 의해 소개된 아이디어를 사용하여, 안드레이 린데는 1986년에 인플레이션의 대안 모델을 발표했는데, 그것은 무질서한 인플레이션 이론 또는 영원한 [6]인플레이션으로 알려지게 된 것에 대한 자세한 설명을 제공하기 위해 이러한 아이디어를 사용했다.

양자 변동

새로운 인플레이션은 인플레이션 기간 동안 양자 변동으로 인해 완벽하게 대칭적인 우주를 만들어내지 못한다.이러한 변동은 에너지와 물질의 밀도를 공간의 여러 지점에서 다르게 만듭니다.

가상의 인플레이션 분야의 양자 변동은 영원한 인플레이션을 일으키는 팽창률의 변화를 일으킨다.인플레이션율이 높은 지역은 다른 지역에서 인플레이션이 끝나는 자연스런 경향에도 불구하고 더 빨리 팽창하고 우주를 지배한다.이것은 인플레이션을 영원히 지속시켜 미래-영원한 인플레이션을 발생시킨다.단순화된 예로, 인플레이션 동안 팽창장의 자연 붕괴 속도가 양자 변동의 효과에 비해 느리다고 가정하자.미니 유니버스가 팽창하여 원래의 미니 유니버스와 동일한 크기의 인과적으로 분리된 20개의 미니 유니버스로 "자기 재생성"될 때, 아마도 새로운 미니 유니버스의 9개 대학이 원래의 미니 유니버스의 지역에서 팽창했기 때문에 원래의 미니 유니버스의 평균 팽창장 값을 더 작게 하기 보다는 더 크게 가질 것이다.-양자변동이 인플레이션의 완만한 붕괴율보다 인플레의 값을 더 많이 상승시킨 경우 인플레의 값을 낮춘 경우.원래 인플레톤 값이 1개였던 미니 유니버스가 현재는 인플레톤 값이 약간 큰 미니 대학이 9개 있다(물론 인플레톤 값이 원래보다 약간 낮은 미니 대학도 11개 있다).인플레턴 필드 값이 큰 각 미니 유니버스는 자체 내에서 비슷한 라운드의 자기 재생을 다시 시작합니다.(인플레톤 값이 낮은 미니 대학도 인플레톤 값이 너무 작아서 지역이 인플레이션에서 벗어나 자가생산을 중단하지 않는 한 재생산할 수 있다.)이 과정은 무기한으로 계속된다; 영향력이 큰 9개의 미니 대학이 81개가 되고, 그 후 729개가 된다.따라서,[7] 영원한 인플레이션이 존재한다.

1980년 소련의 비아차슬라프 무카노프와 게나디 치비소프는[8][9] 알렉세이 스타로빈스키가[10] 수정한 중력 모형에서 양자 변동은 은하를 형성하기 위한 씨앗이 될 수 있다고 제안했다.

인플레이션의 맥락에서, 양자 변동은 케임브리지 [11]대학에서 열린 1982년 초기 우주에 관한 3주간의 너필드 워크숍에서 처음 분석되었다.변동의 평균 강도는 워크숍 과정 동안 별도로 작업한 4개의 그룹에 의해 먼저 계산되었다: Stephen [12]Hawking,[13] Starobinsky, Guth and So-Young Pi;[14] 그리고 James M. Bardeen, Paul Steinhardt, 그리고 Michael [15]Turner.

너필드 워크숍에서 도출된 초기 계산은 인플레이션에 영향을 미치기에는 규모가 너무 작은 평균 변동에만 초점을 맞췄다.하지만, 스타인하르트와[1] [2]빌렌킨이 제시한 예로부터, 같은 양자 물리학은 나중에 인플레이션의 속도를 증가시키고 인플레이션을 영구히 지속시키는 때때로 큰 변동을 발생시키는 것으로 나타났다.

추가 개발

2013년 플랑크 위성 데이터를 분석하면서 Anna Ijjas와 Paul Steinhardt는 가장 단순한 교과서 인플레이션 모델이 제거되었고 나머지 모델은 기하급수적으로 더 많은 조정 시작 조건, 더 많은 매개변수를 조정하고 인플레이션을 감소시켜야 한다는 것을 보여주었다.이후 2015년에 보고된 플랑크 관측 결과는 이러한 [16][17]결론을 확인시켜 주었다.

콜리와 하슬람의 2014년 논문은 양자 변동을 가우스 백색 [18]잡음으로 모델링하는 린데의 무질서한 인플레이션 이론을 분석함으로써 영원한 인플레이션 이론의 실행 가능성에 의문을 제기했다.그들은 이 인기 있는 시나리오에서 영원한 인플레이션은 사실 영원할 수 없으며 무작위 소음은 시공간이 특이점으로 채워지는 것을 보여주었다.이것은 아인슈타인 장 방정식에 대한 해는 유한한 시간 내에 발산된다는 것을 보여줌으로써 입증되었다.따라서 그들의 논문은 무작위 양자 변동에 기초한 영원한 인플레이션 이론은 실현 가능한 이론이 아닐 것이며, 그 결과로 생기는 다중우주의 존재는 "아직 훨씬 더 깊은 조사가 필요할 것"이라고 결론지었다.

인플레이션, 영원한 인플레이션, 그리고 다중 우주

1983년에는 인플레이션이 영원할 수 있다는 것이 입증되었고, 그 결과 공간이 모든 물리적 가능성을 아우르는 패치마다 특성이 다른 버블 또는 패치로 분할되는 다중 우주가 나타났다.

영원한 인플레이션의 [1]첫 번째 예를 제시했던 폴 스타인하트는 결국 그 이론의 강력하고 강력한 반대자가 되었다.그는 다중우주는 인플레이션 이론의 붕괴를 의미한다고 주장했다. 왜냐하면 다중우주는 어떤 결과도 동등하게 가능하기 때문에 인플레이션은 예측이 되지 않고, 따라서 검증이 불가능하기 때문이다.결과적으로, 그는 인플레이션이 과학 [19][20]이론의 핵심 조건을 충족하지 못한다고 주장했다.

그러나 린데와 거스 둘 다 인플레이션 이론과 다중우주를 계속 지지했다.Guth는 이렇게 말했다.

다중우주로 이어지지 않는 인플레이션 모델을 만드는 것은 어렵다.불가능한 것은 아니기 때문에 아직 해야 할 연구가 남아 있다고 생각합니다.하지만 대부분의 인플레이션 모델은 다중우주로 이어지며, 인플레이션에 대한 증거는 우리를 다중우주의 개념을 [21]심각하게 받아들이는 방향으로 몰아넣을 것이다.

린데는 "다중우주를 허용하지 않는 인플레이션 모델을 발명하는 것은 가능하지만 어렵다.인플레이션 이론의 신빙성을 높이는 모든 실험은 다중우주가 [21]실재한다는 암시에 훨씬 더 가까이 다가옵니다."

2018년 고 스티븐 호킹과 토머스 허톡은 그들의 이론이 "합리적으로 매끄럽고 전체적으로 유한한"[22][23] 우주를 제공한다고 묘사함에 따라 무한한 다중우주의 필요성이 사라졌다는 논문을 발표했다.이 이론은 홀로그래픽 원리를 사용하여 영원한 팽창 상태에서 '출구 평면'을 정의하고, 이 평면 위에서 생성되는 우주는 무경계 파동 함수의 정의를 사용하여 설명되며, 사실 이 이론은 시간의 [24]시작 부분에 경계를 필요로 합니다.간단히 말하면, 호킹 박사는 그들의 발견이 "다중우주의 현저한 감소를 암시한다"고 말하는데, 캠브리지 대학이 지적한 것처럼, 중력파 [25]천문학을 사용하여 이론을 "예측하고 시험할 수 있다"고 말한다.

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레퍼런스

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외부 링크