Kosmische Inflatie Calculator: Uitdijing Vroege Heelal

Kosmische inflatie is een theorie die een ultrasnelle, exponentiele uitdijing van de ruimte postuleert in de allereerste fracties van een seconde van het universum, specifiek rond 10^-36 seconden na de oerknal. Het vond plaats omdat een theoretisch scalair veld, de inflaton genaamd, zich in een toestand van hoge energiedichtheid van een vals vacuum bevond, wat een negatieve druk en een afstotende zwaartekracht genereerde die het weefsel van de ruimte-tijd uitrekte.

Het aantal e-folds meet de duur van de exponentiele uitdijingsfase. Een e-fold vertegenwoordigt de tijd waarin de omvang van het universum wordt vermenigvuldigd met het getal van Euler (ongeveer 2.718). Als het universum N e-folds ondergaat, neemt de schaalfactor toe met een factor e^N. Standaard kosmologische modellen vereisen ten minste 50 tot 60 e-folds om de vlakheids- en horizonproblemen correct op te lossen.

Het horizonprobleem vraagt waarom extreem verre regio's van het universum bijna identieke temperaturen van de kosmische achtergrondstraling hebben, hoewel de lichtsnelheid hen niet in staat zou hebben gesteld om met elkaar te communiceren om een evenwicht te bereiken. Inflatie lost dit op door aan te tonen dat, voorafgaand aan de exponentiele uitdijing, het hele waarneembare universum een minuscule regio was die causaal verbonden en thermisch homogeen was, die onmiddellijk buiten de visuele horizon werd uitgerekt.

De energiedichtheid van het huidige heelal ligt extreem dicht bij de kritieke dichtheid, wat betekent dat de ruimte vlak is met een minimale foutmarge. Zonder inflatie zou elke initiele afwijking van de vlakheid in de loop van de tijd exponentieel zijn gegroeid, wat een onmogelijke fijninstelling bij de oerknal zou vereisen. Inflatie rekt de ruimtelijke kromming zo heftig uit dat elke initiele kromming wordt verdund, vergelijkbaar met hoe het oppervlak van een gigantische bol lokaal perfect vlak lijkt.

Herverwarming is de thermische overgang die het einde van de inflatie markeert. Tijdens de inflatie koelt het universum af tot temperaturen nabij het absolute nulpunt als gevolg van de exponentiele expansie van het volume. Wanneer het inflatonveld vervalt tot het minimum van zijn potentiaal, wordt de resterende energie via kwantuminteracties in de ruimte gedumpt in de vorm van deeltjes van het Standaardmodel, waardoor de kosmos wordt gevuld met een heet en dicht plasma dat de traditionele oerknalfase inluidt.