Posted by XX საუკუნის 30-იანი წლებიდან დაწყებული, ფიზიკოსებმა უკვე იცოდნენ, ჰაბლის კანონის მიხედვით, რომ სამყარო ფართოვდება, ე.ი. წარსულში მას გარკვეული დასაწყისი ჰქონდა. ამოცანა თითქოს საკმაოდ მარტივია – ჰაბლისეულ გაფართოებას თვალი უკუმიმართულებით უნდა მიედევნებინათ, ყოველ სტადიაზე ფიზიკის შესაბამისი კანონების გამოყენებით, რათა გავიგოთ, თუ როგორ მოხდა ყველაფერი.
ამასთან ერთად, 70-იანი წლების ბოლოსთვის გადაუჭრელი რჩებოდა რამდენიმე ფუნდამენტური პრობლემა, კერძოდ:
ანტინივთიერების პრობლემა: ფიზიკის კანონების თანახმად, სამყაროში ნივთიერება და ანტინივთიერება ერთნაირი რაოდენობით უნდა იყოს. სამყარო კი პრაქტიკულად მთლიანად ნივთიერებისგან შედგება. რატომ მოხდა ასე?
ჰირიზინტის პრობლემა: კოსმოსური ფონური გამოსხივების მიხედვით (დიდი აფეთქება), ჩვენ შეგვიძლია დავადგინოთ, რომ სამყაროს ტემპერატურა ყველა წერტილში ერთნაირია, თუმცა მის ცალკეულ ნაწილებს (გალაქტიკური გროვები) ერთმანეთთან კონტაქტი არ ჰქონდა (როგორც ამბობენ, ისინი ერთმანეთის მიმართ ჰორიზონტს იქეთ იმყოფებოდნენ). როგორღა დამყარდა მათ შორის სითბური წონასწორობა?
სივრცული განაწილება: სამყარო, როგორც ჩანს, იმდენ მასას და ენერგიას ფლობს, რამდენიც ჰაბლისეული გაფართოების (კანონის მიხედვით, ხილული სამყარო ფართოვდება აჩქარებით და გალაქტიკები ერთმანეთს შორდება) შესაჩერებლადაა საჭირო. რატომ აქვს სამყაროს მაინც და მაინც ასეთი მასა?
ამ პრობლემების გადაჭრა ერთი იდეის საფუძველზე მოხდა, რომლის მიხედვითაც, გაჩენისას სამყარო ძალიან მკვრივი და ცხელი იყო. მისი შემადგენელი მატერია გავარვარებული კვარკებისა და ლეპტონების ნაზავს წარმოადგენდა, რომელთაც ატომებად შეკვრის არანაირი შესაძლებლობა არ ჰქონდა. ახალნდელ სამყაროში მოქმედი ოთხი ძალის ნაცვლად, არსებობდა ძალური ურთიერთქმედების ერთიანი ველი (ადრეული სამყარო).
1981 წელს, ამერიკელმა მეცნიერმა, ალან გუტმა გამოთქვა მოსაზრება, რომ საერთო ველიდან ძლიერი ურთიერთქმედების გამოყოფა სამყაროს გაჩენიდან დაახლოებით 10‾35 წამში მოხდა (!!!). მოხდა სამყაროსეული მასშტაბების ფაზური ცვლილება, ნივთიერების ერთი მდგომარეობიდან მეორეში გადასვლა – ყინულის წყლად გადაქცევის მსგავსი მოვლენა. როგორც წყლის ქაოსურად მოძრავი მოლეკულები უეცრად ”ჩაეჭიდებიან” ხოლმე ერთმანეთს და მკაცრ კრისტალურ სტრუქტურას ქმნიან, ასევე მოახდინა ძლიერმა ურთიერთქმედებამ მომენტალური გარდაქმნა, სამყაროს ნივთიერებათა თავისებური ”კრისტალიზაცია”.
ინფლაციურ გაფართოებად წოდებული პროცესი, მილებში წყლის გაყინვას შეიძლება შევადაროთ, რომელიც ამ მილების გასკდომას იწვევს, რადგან წყალი გაყინვისას ფართოვდება. ალან გუტმა შეძლო ეჩვენებინა, რომ ძლიერი და სუსტი ძალების განცალკევების მერე, სამყაროში, ხსენებული პროცესების მსგავსი რამ მოხდა – ნახტომისებური გაფართოება, გაცილებით სწრაფი, ვიდრე ჰაბლისეული გაფართოებაა. დაახლოებით 10‾32 წამში სამყარო პროტნზე პატარა ზომიდან ფორთოხლის ზომამდე გაიზარდა (შედარებისთვის: წყალი გაყინვის მერე 10%-ით ფართოვდება). სამყაროს ინფლაციური გაფართოება სამიდან ორ პრობლემას ჭრის, მათი უშუალო ახსნით.
წარმოიდგინეთ კოორდინატებიანი ბადე, დახატული თხელ და ელასტიურ რუქაზე, რომელიც შემდეგ დაჭმუჭნეს. ძლიერი შენჯღრევის მერე რუქა ისევ სიბრტყის სახეს მიიღებს, მიუხედავად იმისა, თუ როგორი დეფორმაცია განიცადა მან. ანალოგიურად, არა აქვს მნიშვნელობა, თუ რამდენად დეფორმირებული იყო სამყარო ინფლაციური გაფართოებისას, მთავარი ისაა, რომ მისი დამთვრების მერე სამყარო მთლიანად გასწორდა. ფარდობითობის თეორიის თანახმად ჩვენ ვიცით, სივრცის დეფორმაცია მასში არსებულ მატერიასა და ენერგიაზეა დამოკიდებული, სწორედ აქედან შეიძლება დავასკვნათ, რომ სამყაროში ზუსტად იმდენი მატერიაა, რამდენიც ჰაბლისეული გაფართოების გასაწონასწორებლადა არის საჭირო.
ინფლაციური გაფართოება ჰორიზონტის პრობლემასაც გვიხსნის, ოღონდ არა ასე პირდაპირ. შავი სხეულის გამოსხივების თეორიიდან ვიცით, რომ სხეულის მიერ გამოყოფილი გამოსხივება, მის ტეპმერატურაზეა დამიკიდებული. ასეთნაირად სამყაროს შორეული კუთხეებიდან გამოსხივებული ენერგიის სპექტრული ანალიზით მათი ტემპერატურების განსაზღვრაა შესაძლებელი. აღმოჩნდა, რომ სამყაროს ნებისმიერ დამზერად წერტილებს ერთნაირი ტემპერატურა აქვს (ძლიან მცირე გადახრებით). ჰაბლისეული გაფართოების მოდელით, დიდი აფეთქების მერე სამყარო ძალიან დიდ მანძილზე უნდა გაფანტულიყო, რითაც ტემპერატურის გაწონასწორება ვერ მოხდებოდა. ინფლაციური მოდელის მიხედვით კი სამყარო t = 10-35 წამამდე გაცილებით კომპაქტური რჩებოდა, ვიდრე ჰაბლისეული გაფართოების დროს. ეს უკიდურესად მოკლე პერიოდი საკმარისი აღმოჩნდა თერმული ბალანსის შესანარჩუნებლად, რომელიც ინფლაციური გაფართოების დროს არ დარღვეულა და ახლაც არსებობს.
ინფლაციური ჰიპოთეზა ანტინივთიერების პრობლემას ვერ ხსნის, თუმცა მისი გადაწყვეტა შესაძლებელია, თუ სხვა პროცესებს მივმართავთ, რომლებიც თანადროულად ხდებოდა. ადრეულ სამყაროში მიმდინარეობდა ელემენტარული ნაწილაკების დიდი რაოდენობებით გაჩენა, 100 000 001 ჩვეულებრივ ნაწილაკზე 100 000 000 ანტინაწილაკი მოდიოდა. მომდევნო, წამის უმცირეს ნაწილში, წყვილებად გაერთიანებული ნაწილაკები და ანტინაწილაკები ანიჰილირდა, გიგანატური რაოდენობის ენერგიის გამოყოფით – მასა გადაიქცა ენერგიად. ამის მერე, სამყაროში ნივთიერების უმნიშვნელო რაოდენობაღა დარჩა (დაახლოებით 5% ჩვეულებრივი მატერია, 25% ბნელი მატერია, 70% ბნელი ენერგია(1)). სწორედ ამ ”კოსმოსური ნაგვისგან” შეიქმნა დღევანდელი ჩვენთვის ცნობილი სამყარო.