Йэн Стюарт - Математика космоса [Как современная наука расшифровывает Вселенную]

Этот процесс — или что-то другое, физики не могут сказать точно — порождает пузырящееся поле фоновой энергии, пронизывающее всю Вселенную. Это слабое поле — примерно одна миллиардная доля джоуля на кубический метр. Достаточно, чтобы питать одну секцию электронагревателя на протяжении одной триллионной доли секунды.

Инфляция говорит, что разделенные большим расстоянием области пространства-времени имеют сходное распределение вещества и температуру, потому что в прошлом они могли поддерживать связь друг с другом. Предположим, что далекие теперь области Вселенной когда-то были достаточно близки, чтобы взаимодействовать. Предположим также, что в то время энергия вакуума была больше, чем теперь. В таком состоянии доступный для наблюдения горизонт не увеличивается; он остается постоянным. Если затем Вселенная подвергается стремительному расширению, то близкие наблюдатели быстро оказываются разделены и все становится однородным. Важно, что любые локальные комки [89] То есть области повышенной плотности. — Прим. ред. и пустоты, существовавшие еще до начала инфляции, внезапно распределяются по поистине гигантскому объему пространства-времени. Это как положить кусочек масла на маленький тост — а затем заставить этот тост внезапно увеличиться до необычайных размеров. Масло расширится вместе с ним, и вы получите тонкий, почти однородный слой.

Не пробуйте проделать это дома.

И очень раннее начало, и очень быстрое расширение необходимы для того, чтобы инфляционный расчет сошелся с ответом. Но что вызывает этот стремительный рост — взрыв намного более внушительный, чем слабенький Большой взрыв, с которого все началось? Ответ: инфлатонное поле. Это не опечатка: инфлатон — гипотетическая частица. В квантовой теории поля и частицы ходят рука об руку. Частица — это всегда локализованный сгусток поля, а поле — непрерывное море частиц.

Гут задался вопросом: что произошло бы, если бы пространство было равномерно заполнено не замеченным нами квантовым полем — гипотетическим инфлатонным полем? Его расчеты показали, что такое поле генерирует отрицательное давление, то есть расталкивающую силу. Брайан Грин предлагает аналогию с углекислым газом в бутылке шампанского. Стоит откупорить бутылку — и газ стремительно расширяется, порождая те самые желанные пузырьки. Стоит откупорить Вселенную — и инфлатонное поле расширяется еще более стремительно. Новость состоит в том, что вам не нужна пробка: вместо этого вся бутылка (Вселенная) может расшириться, очень быстро и очень-очень сильно. Нынешняя теория гласит, что между 10↑ –36и 10↑ –32секунды после Большого взрыва объем Вселенной увеличился по крайней мере в 10↑ 78раз.

Хорошая новость состоит в том, что инфляционный сценарий — или, точнее, некоторые из многочисленных вариантов первоначальной идеи, предложенных за это время, — хорошо согласуется со многими наблюдениями. Это не слишком удивительно, поскольку теория изначально была придумана так, чтобы не противоречить некоторым ключевым наблюдениям, однако она согласуется и со многими другими наблюдениями тоже, что внушает надежду. Так что, дело сделано? Ну, может, и нет, потому что есть еще и плохая новость: никто и никогда не наблюдал ни инфлатона, ни каких бы то ни было следов поля, которое он вроде бы поддерживает. Этот квантовый кролик до сих пор еще не извлечен из космологической шляпы, но это был бы очень симпатичный кролик, если бы удалось уговорить его хоть на мгновение высунуть свой нос над полями шляпы.

Однако в последние несколько лет этот вариант потерял заметную часть своей привлекательности. Когда физики и космологи начали задавать более глубокие вопросы об инфляции, сразу же выявились проблемы. Одна из самых серьезных — вечная инфляция, открытая Александром Виленкиным. Обычное объяснение структуры нашей Вселенной предполагает, что инфлатонное поле включается один раз, в самом начале эволюции Вселенной, и потом всегда остается выключенным. Однако, если инфлатонное поле вообще существует, оно может включиться где угодно и в любой момент. Эта тенденция известна как вечная инфляция. Она подразумевает, что наша область Вселенной представляет собой всего лишь один раздутый пузырь в целой ванне космической пены и новый период инфляции мог бы начаться в вашей гостиной сегодня после обеда, мгновенно увеличив ваш телевизор и вашу кошку [90] Фраза заимствована у Терри Пратчетта. в 10↑ 78раз.