Песах Амнуэль: Много вселенных из ничего

Американский астрофизик Алан Гут в 1980 году предложил необычную, но красивую идею, не только объяснявшую, почему Вселенная плоская и однородная, но решавшую и другие проблемы космологии.

Впрочем, как это часто случается в науке, у гипотезы, которую Гут излагал на самых разных конференциях, имелась предыстория. Годом раньше были опубликованы работы советских физиков Вячеслава Муханова и Алексея Старобинского, где они изложили идеи, которые затем «озвучил» Гут. Однако гипотеза советских ученых не нашла отклика у физиков.

А вот Гут сумел привлечь внимание к новой идее, и на нее «набросились» другие физики, среди которых были Андрей Линде и Александр Виленкин, сумевшие справиться с недостатками предыдущих версий.

Плоское пространство. открытое и закрытое.

Наша Вселенная, как сейчас утверждают многие космологи, возникла в тот момент Большого взрыва, когда плотность и температура материи достигали невероятно огромных значений: температура была около 1 0 32 Кельвинов, а плотность - 10 93г/см 3! Быстро расширяясь, Вселенная остывала, а плотность вещества в ней уменьшалась.

Предположение космологов заключалось в том, что Большому взрыву предшествовала чрезвычайно короткая стадия расшире ния пространства, названная ими инфляционной по аналогии с обычной инфляцией в экономике. При инфляции цены растут, удваиваясь за относительно постоянный промежуток времени. В экономике этот промежуток времени исчисляется годами или даже (при низкой инфляции) десятилетиями, а при космической инфляции размер пространства еще, по сути, не родившейся Вселенной удваивался за «планковское время», то есть за каждые 10' 43секунды! И потому уже через малую долю секунды после начала инфляционного процесса пространство расширилось чуть ли не до размеров нынешней Вселенной!

Изменение плотности вещества (обычного и темного) и темной энергии с возрастом Вселенной.

Разве это возможно? Ведь ничто материальное не может перемещаться со сверхсветовыми скоростями. Верно - но расширялось не вещество, которого тогда еще не было, а само пространство, пустое ничто. Точнее - так называемый ложный вакуум, в котором происходили квантовые флуктуации.

Как выяснили физики, пустое пространство, вакуум (в обычном нашем представлении - ничто!) может находиться в различных физических состояниях. Есть, например, обычный вакуум в состоянии с минимальной энергией, а есть вакуум ложный - его энергия минимальна лишь локально. Иными словами: этот минимум неустойчив, и ложный вакуум в конце концов переходит в состояние обычного вакуума.

Одна из квантовых флуктуаций в ложном вакууме и привела к тому, что силы гравитационного отталкивания значительно превысили силу притяжения, и пространство начало чрезвычайно быстро «раздуваться». В принципе, такое «раздувание» может продолжаться вечно («бесконечная инфляция», по Гуту), но ложный вакуум, к счастью для нас, нестабилен, и в какой-то момент в какой-то точке «раздувающегося» пространства он распался. Произошел, как говорят физики, фазовый переход - ложный вакуум перешел в более устойчивое состояние с низкой энергией и превратился в обычный вакуум. Ався «лишняя» энергия ложного вакуума выделилась, вот тогда-то и возник раскаленный до невообразимых температур шар из обычного вещества и излучения, продолживший по инерции расширяться - конечно, со скоростью, меньшей, чем скорость света. Родились протоны и электроны, через несколько сотен тысячелетий они объединились в атомы водорода, затем возникли первые звезды, галактики, скопления галактик, планеты, в том числе Земля…

Но Большой взрыв происходит там, где ложный вакуум превращается в обычный. В целом же инфляция продолжается, пространство «раздувается», и родившаяся Вселенная оказывается погружена в этот безудержно расширяющийся (инфлиру-ющий, как говорят космологи) ложный вакуум. В другой его точке тоже происходит фазовый переход нестабильного вакуума в обычный, и наблюдается ещеодин Большой взрыв, рождается еще одна вселенная. И в третьей точке, четвертой, пятой… миллионной… Рождается огромное (возможно, бесконечное!) количество вселенных, и каждая из них живет по своим физическим законам («хаотическая инфляция», по Линде). Одни вселенные существуют доли секунды и «схлопываются», поскольку плотность массы оказывается слишком большой. Другие живут бесконечно долго, если плотность массы в них мала. Новорожденные вселенные состоят из обычной материи, которая не может перемещаться быстрее света. А ложный вакуум, куда эти вселенные погружены, продолжает «раздуваться», пространство между вселенными увеличивается со сверхсветовой скоростью, и, значит, рожденные вселенные очень быстро удаляются друг от друга на такие огромные расстояния, что всякие контакты между ними становятся невозможны.