Лоуренс Краусс - Почему мы существуем? Величайшая из когда-либо рассказанных историй

Моя предыдущая книга «Вселенная из ничего» описывала революции, случившиеся в наших представлениях об эволюции Вселенной на больших масштабах и на протяжении долгого времени. Наши исследования не только обнаружили существование темного вещества, состоящего, скорее всего, как я уже говорил, из новых элементарных частиц, которые пока не удалось пронаблюдать на ускорителях, хотя мы, возможно, уже стоим на пороге этого, но – и это еще более удивительно – открыли, что большая часть энергии Вселенной кроется в пустом пространстве, и мы пока не представляем, откуда она берется.

Теперь наблюдения увели нас назад, к новорожденной Вселенной. Мы наблюдаем тонкие особенности излучения, известного как космический микроволновой фон, или реликтовое излучение, которое приходит к нам из времен, когда возраст Вселенной составлял всего лишь триста тысяч лет. Телескопы возвращают нас к самым ранним галактикам, сформировавшимся, возможно, всего через миллиард лет после Большого взрыва, и позволяют нам наносить на карты громадные космические структуры, включающие сотни галактик и раскинувшиеся на сотни миллионов световых лет, рассыпанные среди ста триллионов или около того галактик видимой Вселенной.

За объяснением этих особенностей теоретики обращаются к идее, которая возникла благодаря развитию теорий Великого объединения. В 1981 г. Алан Гут понял, что нарушающий симметрию переход, который мог иметь место на масштабе ТВО в молодой Вселенной, возможно, отличается от перехода, нарушающего симметрию между слабым взаимодействием и электромагнетизмом. В случае ТВО хиггсоподобное поле, которое конденсируется в пространстве, нарушая ТВО-симметрию между сильным и электрослабым взаимодействиями, может на короткое время замереть в метастабильном высокоэнергетическом состоянии, прежде чем релаксировать и перейти к финальной конфигурации. Но пока оно пребывало в этом состоянии «ложного вакуума», поле должно было обладать энергией, которая высвободилась, когда оно в конечном итоге релаксировало и перешло в предпочтительное для него состояние с самой низкой энергией.

Гут задался вопросом: что произошло бы в ранней Вселенной, если бы подобное случилось во время перехода, описываемого теорией Великого объединения? Что будет, если некое скалярное поле, ведущее себя при этом переходе подобно хиггсовскому полю, останется на короткое время в своем первоначальном (сохраняющем симметрию) состоянии, хотя Вселенная уже охладилась ниже точки, где предпочтительным становится новое (нарушающее симметрию) конденсированное состояние покоя? Гут понял, что этот тип энергии, содержащийся в поле по всему объему пространства до завершения перехода, должен вызывать гравитационное отталкивание. Это заставит Вселенную расширяться – потенциально в громадное число раз, возможно, на двадцать пять или более порядков – за микроскопически короткое время.

Далее он обнаружил, что этот период стремительного расширения, которое он назвал инфляцией, мог бы разрешить множество известных парадоксов, связанных с картиной Большого взрыва, включая вопрос о том, почему Вселенная так однородна в больших масштабах и почему трехмерное пространство в больших масштабах представляется геометрически почти плоским. Без инфляции обе эти проблемы выглядят неразрешимыми. Первая из них решается благодаря тому, что в период стремительного расширения любые начальные неоднородности сглаживаются – как сморщенный воздушный шар становится гладким, когда его надувают. Продолжая аналогию с шаром, заметим, что поверхность шара, надутого до очень больших размеров, скажем величиной с Землю, может выглядеть очень плоской, как степи Канзаса. Хотя это двумерный образ, он в принципе применим и к трехмерной кривизне самого космоса. После инфляции пространство должно казаться плоским, то есть выглядеть в точности как Вселенная, в которой, как считало до недавнего времен большинство из нас, мы живем, – где параллельные никогда не пересекаются, а оси x, y и z указывают в одну и ту же сторону в любой точке Вселенной.

После завершения стадии инфляции энергия, запасенная в состоянии ложного вакуума по всему объему пространства, высвобождается, порождая частицы и заново нагревая Вселенную до высокой температуры; при этом складываются естественные и реалистичные начальные условия для последующего стандартного расширения горячего Большого взрыва.