Inflasie (kosmologie)

Vir die voortdurende uitdying van die heelal, sien Uitdying van die heelal.

In kosmologie beteken kosmiese inflasie die barstende uitsetting van die heelal van 10⁻³⁶ sekondes ná die Oerknal tot tussen 10⁻³³ en 10⁻³² sekondes. Ná hierdie tydperk van inflasie het die heelal bly uitdy, maar teen ’n stadiger tempo.^[1]

Die inflasieteorie is in die 1980's ontwikkel deur die fisici Alan Guth en Andrei Linde.^[2] Dit verduidelik die oorsprong van die grootskaalse struktuur van die kosmos.

Volgens die algemene relatiwiteitsteorie het die hele heelal ontstaan uit een baie klein punt, of singulariteit. Dit het plaasgevind in die Planck-tydperk (tot 10^-43 sekonde ná die Oerknal). In die daaropvolgende tydperk, die groot verenigingstydperk (tussen 10^-43 en 10^-36 sekonde),^[3] het die swaartekrag afgeskei van die ander drie basiese natuurkragte (sterk kernkrag, elektromagnetiese krag en swak kernkrag). In die kwarktydperk (van 10^-12 tot 10^-6 sekonde) het die heelal afgekoel tot onder 10 biljard grade C en het die vier natuurkragte hul huidige vorm aangeneem.

Daar word aangeneem die heelal het teen dié tyd met minstens ’n faktor 10²⁶ uitgesit. Daarna het dit bly groei volgens die Oerknal-teorie, soos beskryf deur die Friedmann-vergelykings, vanweë die toestandverandering van ’n skalaarveld met ’n uiters plat potensiaal.

Die teorie van kosmiese inflasie los ’n paar probleme op wat voorheen met die Oerknalteorie bestaan het.

• Die horisonprobleem: Die heelal is sover ons kan sien in alle rigtings eenvormig. ’n Mens sou verwag dat dele van die heelal wat weens die grense van ligsnelheid nie met mekaar in kontak kon gewees het nie, verskillende temperature, dighthede ensovoorts sou hê. Molekules in ’n gashouer word byvoorbeeld eenvormig versprei omdat hulle in termiese ewewig is; gas regdeur die houer het genoeg tyd gehad vir ’n wisselwerking om ongelykhede uit te skakel. Die inflasieteorie beteken die hele sigbare heelal het uit een gebied ontstaan wat so klein was dat kontak wel kon plaasgevind en termiese ewewig selfs bereik kon gewees het.
• Die monopoolprobleem: Baie teorieë voorspel die bestaan van swaar, stabiele deeltjies wat nog nie in die natuur waargeneem is nie. Een van dié soort deeltjies is magnetiese monopole, ’n soort swaar, stabiele "knoop" in die magneetveld.^[4][5] Dit is die teorieë wat Guth ondersoek het. In die oerknalteorie sou magnetiese monopole ontstaan het deurdat die magneetveld op verskillende plekke op verskillende maniere sou vorm aangeneem het. By die grense van hierdie gebiede sou dan magnetiese monopole ontstaan het. ’n Mens sou konserwatief kon skat dat daar vir elke soortgelyke gebied een monopool sou moes wees, en dit het Guth uitgebring op ’n absurd hoë getal monopole. Die inflasieteorie beteken die hele sigbare heelal sou uit een so ’n gebied kon vorm.
• Die vlakheidsprobleem: Dit lyk of die digtheid van die heelal in die omgewing lê wat ’n vlak heelal sou hê – toe Guth sy berekenings gedoen het, is die waarde op tussen 0,1 en 2 keer dié van die sogenaamde kritieke digtheid geraam. Dit blyk egter dat elke afwyking van ’n vlak heelal in die evolusie van die heelal opgeblaas sou word, wat beteken dat, om ’n soortgelyke waarde te kry, die aanvanklike waarde baie naby aan 1 moes gewees het. Gedurende het tydperk van inflasie is die heelal egter juis glad gestryk, wat tot ’n soortgelyke waarde sou kon lei.
• Die begin van sterrestelsels: Hoewel die heelal op ’n groot skaal opvallend eenvormig is, is dit op ’n kleiner skaal nie die geval nie. Materie kom in groepe voor wat sterrestelsels, sterrestelselswerms en superswerms vorm. Swaartekrag is in staat om hulle te vorm, maar net as daar al ’n aanvanklike ongelykheid bestaan het. In die teorie van kosmiese inflasie word hierdie kieme gevorm deur kwantumskommelings in die oorspronklike heelal, wat deur inflasie tot kosmiese proporsies opgeblaas is.
• Die entropieprobleem: Entropie neem altyd toe. Desondanks bevind ons ons in ’n toestand van lae entropie, en in die verlede sou dit nog laer moes gewees het. Waarom sou die heelal in ’n toestand met so ’n lae entropie gevorm het? Die inflasieteorie los dit op deurdat die maksimum moontlike entropie tydens die inflasietydperk eksplosief toegeneem het. Inflasie kan daarom plaasvind vanuit ’n situasie met weliswaar nie maksimale nie, maar ook nie baie lae entropie nie, en tog sonder enige entropiedaling uitkom by ’n toestand met uiters lae entropie.

Ná die ontstaan van die inflasieteorie is bewyse gevind vir die egtheid daarvan. Die belangrikstes hiervan is:

• Volgens die inflasieteorie sou die vlakheid van die heelal nog nader aan die kritiek vlak waarde wees as wat aangeneem is – die verskil sou nie sigbaar moes wees nie. Sedertdien is ’n soortgelyke waarde ook uit ander berekenings verkry. Tans word aanvaar sigbare materie, donker materie en donker energie maak onderskeidelik sowat 5%, 25% en 70% van die digtheid uit.
• Die WMAP-metings van die klein temperatuurverskille in die kosmiese agtergrondstraling dui aan dat die verhouding tussen die temperature op verskillende afstande opvallend goed ooreenstem met die waarde soos deur die inflasieteorie bepaal.

Alles oor kosmiese inflasie is nog nie bekend nie. Daar is steeds baie verskillende modelle, wat byvoorbeeld afhang van die vorm van die veld wat tot inflasie aanleiding gegee het.

• Hierdie artikel is vertaal uit die Nederlandse Wikipedia