Alan Guth

Inflační teorieEdit

První krok k vytvoření teorie inflace učinil Guth na Cornellově univerzitě v roce 1978, když se zúčastnil přednášky Roberta Dickeho o problému plochosti vesmíru. Dicke vysvětloval, jak problém plochosti ukazuje, že v tehdejší teorii velkého třesku něco podstatného chybí. Osud vesmíru závisel na jeho hustotě. Pokud by hustota vesmíru byla dostatečně velká, zhroutil by se do singularity, a pokud by skutečná hustota hmoty ve vesmíru byla nižší než kritická hustota, vesmír by se stále více zvětšoval.

Další část Guthovy cesty přišla, když počátkem roku 1979 vyslechl přednášku Stevena Weinberga. Weinberg ve dvou přednáškách hovořil o Velké jednotné teorii (GUT), která vznikala od roku 1974, a o tom, jak by mohla vysvětlit obrovské množství hmoty ve vesmíru v porovnání s množstvím antihmoty. GUT vysvětlovala všechny základní síly známé ve vědě s výjimkou gravitace. Stanovila, že ve velmi horkých podmínkách, jako byly ty po velkém třesku, se elektromagnetismus, silná jaderná síla a slabá jaderná síla spojují v jednu sílu. Weinberg byl také tím, kdo zdůraznil myšlenku, že vesmír při přechodu z vysoké energie na nízkou prochází fázovými přechody, podobnými fázím hmoty. Weinbergova diskuse o tom, proč je hmota tak dominantní vůči antihmotě, ukázala Guthovi, jak lze získat přesné výpočty o částicích studiem prvních několika sekund vesmíru.

Guth se rozhodl tento problém vyřešit návrhem na přechlazení během opožděného fázového přechodu. To se zdálo být velmi slibné pro řešení problému magnetického monopólu. V době, kdy s tím Guth a jeho spolupracovník Henry Tye přišli, odešel Guth na rok do Stanfordského centra lineárních urychlovačů (SLAC). Tye navrhl, aby ověřili, že rozpínání vesmíru nebude přechlazováním ovlivněno. Přechlazený stav je falešné vakuum: Je to vakuum v tom smyslu, že je to stav nejnižší možné hustoty energie; je „falešné“, protože není trvalým stavem. Falešné vakuum se rozpadá a Guth by překvapivě zjistil, že rozpad falešného vakua na počátku vesmíru by způsobil exponenciální rozpínání prostoru. Tím se problém monopólů vyřešil, protože rozpínání úměrně snižuje hustotu monopólů.

Guth si na základě své teorie uvědomil, že důvodem, proč se vesmír zdá být plochý, je to, že se v porovnání se svou původní velikostí zvětšil do tak ohromující velikosti. Perspektiva je analogická zdánlivé plochosti Země v lidském měřítku při pohledu z jejího povrchu. Pozorovatelný vesmír byl ve skutečnosti jen velmi malou částí skutečného vesmíru. Tradiční teorie velkého třesku považovala hodnoty omega blízké 1 za záhadné, protože jakákoli odchylka od 1 by se rychle stala mnohem, mnohem větší. V inflační teorii by se bez ohledu na to, kde omega začíná, blížila k 1 kvůli rozsahu rozpínání vesmíru. Ve skutečnosti je hlavní předpovědí inflační teorie, že se zjistí, že omega je přesně 1.

O dva týdny později Guth slyšel kolegy diskutovat o něčem, co se nazývá problém horizontu. Mikrovlnné záření pozadí, které objevili Arno Penzias a Robert Woodrow Wilson, se zdálo být extrémně rovnoměrné, téměř bez odchylky. To se zdálo velmi paradoxní, protože když se záření uvolnilo asi 300 000 let po velkém třesku, měl pozorovatelný vesmír průměr 90 milionů světelných let. Nebyl čas, aby jeden konec vesmíru komunikoval s druhým koncem, protože energie se nemůže pohybovat rychleji než rychlostí světla. Tento paradox vyřešila, jak si Guth brzy uvědomil, teorie inflace. Protože inflace začala s mnohem menším množstvím hmoty, než předpokládal velký třesk, množstvím tak malým, že by všechny části byly ve vzájemném kontaktu. Vesmír se pak nafoukl rychlostí odpovídající miliardnásobku rychlosti světla a homogenita zůstala neporušena. Vesmír po inflaci by byl velmi homogenní, i když jeho části se již nemohly vzájemně ovlivňovat.

Guth poprvé zveřejnil své myšlenky o inflaci na semináři v SLAC v lednu 1980. Magnetické monopóly ignoroval, protože vycházely z předpokladů GUT, což bylo mimo rámec přednášky. V srpnu 1980 předložil svůj článek s názvem „Inflační vesmír: A possible solution to the horizon and flatness problems“ do časopisu Physical Review. V tomto článku Guth postuloval, že inflaci vesmíru lze vysvětlit, pokud by byl vesmír přechlazen o 28 řádů pod kritickou teplotou potřebnou pro fázovou změnu.

V prosinci 1981 si Guth přečetl článek moskevského fyzika Andreje Lindeho, podle něhož se celý vesmír nachází pouze v jedné bublině, takže srážkami stěn není nic zničeno. Tento závěr byl učiněn pomocí Higgsova pole s energetickým grafem, které původně navrhli Sidney Coleman a Erick Weinberg. Guth o tom diskutoval s Lindem, který nezávisle na něm pracoval na bublinové inflaci, ale bez uvažování problému plochosti. Linde a Guth si nakonec vyměnili články na toto téma.

Do roku 1983 Guth publikoval článek popisující, že jeho scénář superchlazeného vesmíru není ideální, protože „spouštěcí mechanismus“ k opuštění takového stavu by vyžadoval „extrémně jemné ladění parametrů“, a domníval se, že je zapotřebí přirozenější řešení. To ho však neodradilo od přesvědčení, že vesmír se v počátcích své existence exponenciálně rozpínal ve vakuu.

.