Кратко — основные альтернативы классической инфляции, их типичные предсказания по наблюдаемым величинам, и какие наблюдения могли бы надёжно опровергнуть классические (в первую очередь: одно-полюсные медленнодействующие, single‑field slow‑roll) варианты инфляции.
1) Основные альтернативы (коротко)
- Экупиротическая/цикллическая (ekpyrotic, cyclic): фаза сжимающейся Вселенной с большим жёстким уравнением состояния. Часто даёт сильно синий тензорный спектр (очень малые тензоры), возможны большие негауссовости и изокурватуры в зависимости от многополюсности.
- Модель «материального» отскока (matter bounce): предсказывает скалярный спектр близкий к плоскому, тензоры обычно подавлены, конкретные модели дают характерные сигнатуры на больших масштабах (ассиметрии, осцилляции).
- Предвеликобанг (pre‑Big‑Bang, string gas, emergent universe): часто дают отличные от инфляции формы спектров, возможны специфические негауссовости и дефекты.
- VSL (varying speed of light), галилеевская/конформная генезис‑сценарии: решают проблему горизонта иначе; предсказания по NG и тензорам зависят от конкретики, но нередко допускают большие отклонения от slow‑roll‑консистентности.
2) Формализм для сравнения (коротко)
- Скалярный спектр: $P_{\zeta }(k)\propto k^{n_s-1}$.
- Тензорный спектр: $P_t(k)\propto k^{n_t}$, отношение амплитуд $r\equiv P_t/P_{\zeta }$.
- Single‑field slow‑roll предсказание — консистентное соотношение: $$n_t=-\frac{r}{8}.$$
- Малые локальные негауссовости (Maldacena): $$f_{NL}^{\mathrm{local}}\simeq \frac{5}{12}(1-n_s)\ll 1.$$
3) Наблюдательные сигнатуры, которые надёжно опровергли бы классические single‑field slow‑roll инфляционные варианты (и почему)
- Сильная локальная негауссовость: обнаружение $f_{NL}^{\mathrm{local}}\gtrsim 1$ (особенно $\gtrsim 5$) — противоречит basic single‑field slow‑roll, т.к. оно предсказывает $f_{NL}^{\mathrm{local}}\sim \mathcal{O}(10^{-2}-10^{-1})$. Это было бы однозначным отказом от классических single‑field моделей.
- Нарушение инфляционного консистентного соотношения для тензоров: измерение тензорного наклона, не равного $-r/8$, в частности $n_t>0$ (синий спектр) или $|n_t+\frac{r}{8}|$ значительно отличное от нуля — исключит single‑field slow‑roll. Формально: обнаружение $$n_t\ne -\frac{r}{8}$$ с высокой значимостью.
- Значительная амплитуда тензоров при противоречивом наклоне: обнаружение большого $r$ с одновременным положительным $n_t$ (или слишком большим по модулю отрицательным $n_t$) не вписывается в классические варианты.
- Большая изокурватура: доля изокурватурных флуктуаций ${\alpha }_{\mathrm{iso}}\equiv \frac{P_{\mathrm{iso}}}{P_{\mathrm{iso}}+P_{\zeta }}\gtrsim 0.1$ (порядка 10% или больше) — трудно совместима с простыми одно‑полюсными моделями, которые генерируют в основном адiabatic флуктуации.
- Наличие сильных пред‑вспышечных/супергоризонтальных корреляций или структур, нарушающих статистическую однородность/изотропность на крупных масштабах (например устойчивые, непреходящие анизотропии) — классическая инфляция их экспоненциально стирает.
- Обнаружение топологических дефектов в численности, несовместимой с их экспоненциальным развеиванием инфляцией: например устойчивая сеть монополей/доменных стен в плотности, сравнимой с плотностью вещества/лучистой энергии на ранних стадиях, или космические струны с натяжением $G\mu$ выше текущих допускаемых пределов и характеристикой, несовместимой с пост‑инфляционным происхождением. Конкретно, обнаружение monopoles/доменных стен в абундансах, которые нельзя объяснить образованием после перегрева, сильно дискредитирует идею длительной инфляции. Для струн: обнаружение сети с $G\mu$ значительно выше текущих верхних границ (планковские/пульсационные сигнатуры) было бы серьёзным сигналом.
- Очень большая или очень малая кривизна пространства: инфляция с $N$ э‑сколько предсказывает экспоненциальное подавление кривизны $|{\Omega }_k|\sim e^{-2N}$. Обнаружение $|{\Omega }_k|\gtrsim 10^{-3}$ потребовало бы слишком малого $N$ для решения задач горизонта/плоскости в классическом инфляционном сценарии и тем самым поставило бы под вопрос стандартную картину.
- Специфические формы спектра (сильный синий скалярный спектр $n_s>1$ на наблюдаемых масштабах, крупные осцилляции/резкие изломы), которые невозможно получить в реалистичных slow‑roll траекториях без тонкой настройки — такие наблюдения указали бы в пользу альтернатив.
4) Комментарий по надёжности опровержения
- Многие из перечисленных пунктов надёжно опровергают лишь широкую категорию классических моделей (особенно single‑field slow‑roll). Многополюсные, нестандартные или сильно нетривиально сконструированные инфляционные сценарии могут попытаться «пояснить» часть из этих сигналов (например крупная негауссовость — естественна в multi‑field). Поэтому самые жёсткие и универсальные опровержения — это комбинация сигналов: одновременно большая локальная негауссовость, нарушение консистентности тензоров и наличие несглаженных топологических дефектов/высокой кривизны — такая совокупность практически не совместима с классической инфляцией и сильно поддерживает альтернативы.
Кратко: для опровержения классической single‑field slow‑roll инфляции ищите: значимую локальную негауссовость ($f_{NL}^{\mathrm{local}}\gtrsim 1$), нарушение консистентного соотношения $n_t=-r/8$, положительный/сильно отличный тензорный наклон, большая изокурватура (${\alpha }_{\mathrm{iso}}\gtrsim 0.1$), устойчивые топологические дефекты или значимая кривизна $|{\Omega }_k|\gtrsim 10^{-3}$.