Edellä mainittujen pienten vaihtelujen lisäksi (yksi osa 100 000: sta) havaitulla kosmisella mikroaaltotaustasäteilyllä on suuri isotropiaaste , nolla järjestys tosiasia, joka tarjoaa sekä tyydytystä että vaikeuksia kattavalle teorialle. Yhtäältä se tarjoaa vahvan perustelun useimmille kosmologisille malleille yhteisen homogeenisuuden ja isotropian olettamukselle. Toisaalta tällaista homogeenisuutta ja isotropiaa on vaikea selittää ”valohorisontti” -ongelman vuoksi. Kosmisen mikroaaltotaustan yhteydessä ongelma voidaan ilmaista seuraavasti. Tarkastellaan minkä tahansa tarkkailijan tulevaa taustasäteilyä taivaan kahdella vastakkaisella puolella. On selvää, ovatpa tämän säteilyn lopulliset lähteet (kuuma plasma), fotoneilla, jotka kulkevat valon nopeudella, koska ne ovat päästäneet plasman, on ollut vain aikaa saavuttaa Maa. taivaan toisella puolella ei olisi voinut olla aikaa ”kommunikoida” toisella puolella olevaan asiaan (ne ovat toistensa valohorisontin ulkopuolella), joten miten on mahdollista (oikeassa lepokehyksessä olevan tarkkailijan suhteen), että he ”tietävät”, että lämpötila on sama kuin tarkkuus, joka lähestyy yhtä osaa 100 000: sta? Mikä vastaa kosmisen mikroaaltotaustan suurta kulma-isotropiaa?

”Inflaatio” -niminen mekanismi tarjoaa houkuttelevan tavan pois tästä ongelmasta . Perusidea on, että suurilla energioilla ainetta kuvataan paremmin kentillä kuin klassisilla keinoilla. Kentän osuuden energiatiheyteen (ja siten massatiheyteen) ja tyhjiötilan paineeseen ei tarvitse olla aiemmin ollut nolla, vaikka se olisikin tänään. Yliyhdistämisen (Planckin aikakausi, 10-43 sekuntia) tai suuren yhdistymisen (GUT-aikakauden, 10-35 sekuntia) aikana tämän kentän pienimmän energian tila on saattanut vastata ”väärää tyhjiötä” massan yhdistelmällä. tiheys ja negatiivinen paine, joka johtaa gravitaatiolla suureen vastahäiriöön. Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian yhteydessä väärä tyhjiö voidaan ajatella vaihtoehtoisesti myötävaikuttavan kosmologiseen vakioon, joka on noin 10100 kertaa suurempi kuin nykyään se voi olla. voima saa maailmankaikkeuden täyttymään eksponentiaalisesti, kaksinkertaistamalla sen koon noin kerran 10−43 tai 10–35 sekunnissa.Vähintään 85 kaksinkertaistumisen jälkeen lämpötila, joka alkoi 1032 tai 1028 K, olisi pudonnut hyvin mataliin arvoihin lähellä absoluuttista nolla.

Inflaatio tarjoaa mekanismin kosmisen mikroaaltotaustan yleisen isotropian ymmärtämiseksi, koska koko havaittavan maailmankaikkeuden aine ja säteily olivat hyvässä lämpökosketuksessa (w kosmisessa tapahtumahorisontissa) ennen inflaatiota ja saivat siksi samat termodynaamiset ominaisuudet. Nopea inflaatio vei eri osuudet yksittäisten tapahtumahorisonttien ulkopuolelle. Kun inflaatio päättyi ja maailmankaikkeus lämmitettiin uudelleen ja palasi normaaliin laajenemiseen, nämä erilaiset osat ilmestyivät ajan luonnollisen kulun kautta jälleen horisontissamme. Kosmisen mikroaaltotaustan havaitun isotropian kautta niiden päätellään olevan edelleen samat lämpötilat.

Kun mitattu säteilylämpötila on 2,735 K, kosmisen mikroaaltotaustan energiatiheyden voidaan osoittaa olevan noin 1000 kertaa pienempi kuin universumin tavallisen aineen keskimääräinen lepoenergiatiheys. Siten nykyinen maailmankaikkeus on aineen hallitsema. Jos palataan ajassa taaksepäin z-punasuuntaan, hiukkasten ja fotonien keskimääräiset lukumäärätiheydet olivat molemmat suuremmat samalla kertoimella (1 + z) 3, koska universumi pakattiin enemmän tällä tekijällä, ja näiden kahden luvun suhde olisi ollut säilytti nykyisen arvonsa, joka oli noin yksi vetyydin tai protoni, jokaista 109 fotonia kohti. Kunkin fotonin aallonpituus oli kuitenkin aiemmin tekijällä 1 + z lyhyempi kuin nyt; siksi säteilyn energiatiheys kasvaa nopeammin kertoimella 1 + z kuin aineen lepoenergiatiheys. Siten säteilyenergian tiheydestä tulee vertailukelpoinen tavallisen aineen energiatiheyteen noin 1000 punaisella muutoksella. Yli 10000 punaisella muutoksella säteily olisi hallinnut jopa maailmankaikkeuden pimeää ainetta. Näiden kahden arvon välillä, punaisen muutoksen ollessa noin 1090, säteily olisi irronnut aineesta, kun vety rekombinoituu.Tätä suurempia punasiirtymiä ei voida käyttää fotoneilla, koska kosminen plasma on yli 4 000 K: n lämpötilassa oleellisesti läpinäkymätön ennen rekombinaatiota. Nämä 1090 punaisen siirtymän fotonit muodostavat kosmisen mikroaaltotaustan.

Frank H. Shu