Kosmička inflacija

Jedno od temeljnih načela prirode jeste njena štedljivost sa energijom: fizički sastavi zauzimaju stanja najniže energije. Svakodnevno to osećamo u gravitacionom polju Zemlje. Na dimenzijama svemira ulogu gravitacionog polja preuzima skalarno polje. Oblik potencijala tog polja, na kojem se temelji model inflaconog svemira, prikazan je na slici.

 

Inflacioni potencijal

Svemir će iz stanja veće gustoće energije preći u stanje najniže moguće gustoće energije (stanje koje se po tradiciji fizike čestica naziva vakuumom). Stoga je ravan na kojoj skalarno polje ima vrednost f_L, područje lažnog vakuuma. Područja prostora koja imaju tome pridruženu vrednost gustoće energije r_L, nastojaće s vremenom da se promeni prema minimumu potencijala na slici. (Ako vaš browser ne prikazuje grčka slova u tekstu onda znajte da je f=fi i r=ro.) Pritom je bitan značaj lažnog vakuuma njegova pozitivna gustoća energije, koja se ne može trenutno smanjiti. Odatle i naziv "lažni vakumm", koji označava tek privremeno stanje najniže energije. Upotrebimo sada zakon očuvanja energije, kako bismo pomoću zamiljenog ogleda na sledećoj slici odredili pritisak takvog lažnog vakuuma.

 

Energija lažnog vakuuma

Energija sadržana u posudi zapremine V je U=r_L V. Ako zapreminu posude povećamo za iznos dV povlačenjem klipa silom F pri pritisku P, pritom je učinjen rad dW=P dV. Svojstvo lažnog vakuuma je da zadržava konstantnu gustinu energije uprkos povećanju volumena, što daje promenu energije dU=r_L dV. Izjednačavanje te promene energije sa učinjenim radom, dU = dW, daje negativni pritisak lažnog vakumma,

P = - r_L.