אינפלציה קוסמית

אינפלציה קוסמית היא תאוריה על התרחבות מהירה מאוד של היקום הקדום, רגע אחרי המפץ הגדול. לפי אלן גות (1979, 1980) התהליך ארע בין 10^-35 ל-10^-32 השנייה אחרי ההתחלה. בשלב זה נפח היקום הנראה גדל באופן מעריכי, עד לגודל של גלקסיה בינונית. ייתכן שהיקום הכולל גדול הרבה יותר, והחלק שלנו הוא רק פיסה ממנו.

המודל הוצג כדי לפתור בעיות שהמודל של המפץ הגדול לא הסביר היטב. ביניהן: בעיית האופק, מדוע אזורים רחוקים ביקום נראים באותה טמפרטורה; ובעיית העקמומיות (flatness), מדוע היקום נראה כמעט שטוח. האינפלציה מסבירה שאזורים אלה הגיעו מאזור קטן ושוויון ההתרחבות גורם להם להיראות דומים.

התאוריה הוצעה על ידי אלן גות ובאמצעותה הוסברו בעיות נוספות, כגון העדר מונופולים מגנטיים. הרעיון המרכזי הוא שקיום "שדה ריק קוונטי" חיובי-אנרגטי יכול להניע התרחקות מעריכית של המרחב. שדה ריק קוונטי הוא שדה שלא תואם לאפס גם כשהוא נראה "ריק". שדה שכזה גורם לאקספוננציאל של נפח החלל.

טרם נמצא שדה פיזיקלי שאחראי לאינפלציה. החוקרים מניחים שזה יהיה שדה סקלרי, שדה בעל ערך מספרי בכל נקודה, בדומה לטמפרטורה בחדר. שדה סקלרי מוכר ראשון הוא שדה היגס, שהתגלו חלקיקים שקשורים אליו ב-2012, 2013. את השדה האינפלציוני והשדה הקוונטי שלו קוראים "אינפלטון".

כאשר היקום נמצא בשלב של הרחבה מעריכית, הופיע אופק קוסמולוגי. אופק זה הוא גבול מעבר אליו איננו יכולים לראות או לקבל איתותים, כי המרחב בינינו מתרחב מהר מדי. במהלך האינפלציה פרוסות מרחב התרחבו במהירות והופיעו אזורים רבים שנדחקו מעבר לאופק.

בהרגעה של השדה האינפלציוני, הקבוע הקוסמולוגי קטן וההתרחבות עוברת לקצב רגיל. האזורים שעלו מאותו שטח קטן במקור נשארים כמעט באותה טמפרטורה ובעקמומיות דומה. כך האינפלציה מסבירה את הדמיון הטמפרטורי והעקמומיות בין אזורים נפרדים.

התאוריה מאפשרת גם חישוב של תנודות קטנות בטמפרטורת קרינת הרקע, שנובעות מתנודות קוונטיות בזמן האינפלציה. רבות מהתחזיות הכמותיות הללו אושרו בתצפיות.

ב-2014 קבוצת חוקרים דיווחה שהטלסקופ BICEP2 במצפה בקוטב הדרומי זיהה סימנים בקרינת הרקע הקוסמית שמתאימים לגלי כבידה מאינפלציה. הממצאים כונו "האקדח המעשן" של האינפלציה. אחר כך הופיעה ביקורת: במחקר נטען שהאותות יכלו להיות מזוהמים על ידי אבק גלקטי בשביל החלב. שדות מגנטיים מעוררים את האבק לייצר זוהר מקוטב, וזה עלול להטעות. בפברואר 2015 הצוות הכיר בקיומם של פערים כאלה בתוצאותיו.

אינפלציה קוסמית אומרת שהיקום התרחב מאוד מהר מיד אחרי המפץ הגדול. המפץ הגדול הוא תחילת היקום. זה קרה כשבריר שניות אחרי ההתחלה.

התהליך הגדיל אזורים קטנים לכדי חלק בגודל של גלקסיה. הרעיון עוזר להסביר מדוע אזורים רחוקים נראים דומים בטמפרטורה ובצורה.

המדען אלן גות הציע את הרעיון בסוף שנות השבעים. הרעיון אומר ששדה מיוחד, שיש לו אנרגיה אפילו כשהוא "ריק" (שדה ריק קוונטי), גרם להתרחבות המהירה.

למדענים עדיין לא נמצאה ההוכחה לשדה הזה. הם קוראים לשדה ולהחלקיקים שקשורים אליו "אינפלטון". שדה מפורסם אחר שנמצא הוא שדה היגס, שהתגלו חלקיקים שלו בשנת 2012.

בזמן האינפלציה חלקים גדולים של החלל נתקעו מעבר לאופק קוסמולוגי. אופק קוסמולוגי הוא קו שלא רואים מעבר לו, כי החלל מתרחב מהר מדי. אחרי שהשדה נרגע, ההתרחבות נעשית איטית יותר. אז האזורים שנדחקו החוצה הראו כמעט את אותן טמפרטורות.

ב-2014 כלי בשם BICEP2 דימה שהוא ראה סימנים קטנים בקרינת הרקע שמתקשרים לאינפלציה. אחרי כן מדענים אמרו שחלק מהאותות היו יכולים להיות מעורבים על ידי אבק בחלל. בשלב מאוחר יותר הודו שהיו פערים בממצאים.