Inflationary cosmology is now considered as the standard theory to naturally provide the desired initial conditions for the subsequent standard hot big bang cosmology. Not only making the observable universe homogeneous and isotropic, inflation also generates quantum fluctuations which are believed to have become the seeds of all the observed large-scale structures in the universe.
We review first the basic of inflation and see how inflation can solve the problem of the initial conditions necessary for successfully reproducing the observed universe according to the hot big bang theory. Primordial perturbations generated from quantum fluctuations during inflation are discussed as the origin of inhomogeneities of the present universe. The power spectrum of these perturbations opens an window to the early universe where the energy scale is so high that we cannot investigate with current particle accelerator, and we summarise an useful formalism to calculate the power spectrum in a systematic manner.
These perturbations experience gravitational interaction when inflation ends and they reenter the horizon. The matter and radiation perturbations induced by the primordial ones behave very differently, and we find that they are intimately related to each other. While matter inhomogeneities continue to increase throughout the history of the universe by gravitational instability, radiation perturbations hardly grow because of large pressure. These perturbations are observable as the power spectra, and we study how to calculate them to compare with observations.
현재 인플레이션 우주론은 빅뱅 우주론이 요구하는 초기 조건들을 자연스럽게 제공할 수 있는 표준 이론으로 간주되고 있다. 인플레이션은 관측 가능한 우주를 균질하고 등방하게 만드는 것 뿐 아니라, 우주에서 관측 가능한 거대 구조들의 원인이라고 예상되는 양자 요동을 형성하기도 한다.
이 논문에서는 우선 인플레이션의 기초를 살펴보고, 어떻게 빅뱅 우주론에 의해 현재 관측된 우주를 성공적으로 재현하는데 필요한 초기 조건들을 해결하는지 고찰한다. 현재 우주의 비균질성의 원인으로서 인플레이션 동안 발생한 양자 요동으로부터 생성된 원시 섭동에 대해 논의한다. 이러한 섭동들의 파워 스펙트럼은 현재의 입자 가속기로는 관측할 수 없는 높은 에너지 스케일의 초기 우주를 연구할 수 있는 기회를 제공하며, 이러한 파워 스펙트럼을 체계적으로 계산하기 위한 유용한 방법을 정리한다.
이러한 섭동들은 인플레이션이 끝나고 지평선 안으로 다시 들어왔을 때 중력에 의한 상호작용을 겪는다. 원시 섭동에 의해 유도된 물질 섭동과 복사 섭동은 매우 다르게 행동하며, 이들은 서로 밀접하게 연관되어 있다. 물질 섭동은 우주의 역사 동안 중력 수축에 의해 계속 증가하는데 비하여, 복사 섭동은 높은 압력 때문에 거의 성장하지 않는다. 이러한 섭동들은 파워 스펙트럼으로써 관측할 수 있으며, 관측 결과와 비교하기 위하여 어떻게 이것들을 계산할 수 있는지를 연구한다.
