Это вторая часть серии о том, может ли Вселенная быть циклической. Сначала прочитайте первую часть.
Ах да. Наш добрый друг инфляция.
Признаём: эта теория неловкая. Настолько неловкая, что некоторые, включая нескольких её первоначальных авторов, утверждают, что она даже не дотягивает до уровня полноценной теории.
Вот что инфляция говорит о самых ранних мгновениях Вселенной, более или менее по порядку. Вселенная родилась. Не спрашивайте как. Сингулярность. Фундаментальные силы, сначала объединенные, разделились по мере того, как космос расширялся и остывал. Это разделение запустило загадочное квантовое поле, которое вызвало всплеск экспоненциального расширения, что является вежливым способом сказать: Вселенная стала непостижимо огромной непостижимо быстро. К тому времени, как пыль осела, область, начавшаяся меньше протона, раздулась примерно до размеров Солнечной системы. А затем это квантовое поле, завершив свою работу, выплеснуло остатки своей энергии в поток частиц и излучения, передав эстафету обычному горячему Большому взрыву, который мы знаем и любим.
Если бы кто-то передал вам эту историю на листе бумаги без контекста, вы были бы вправе усомниться в моём здравом рассудке. Справедливо. Это звучит совершенно притянуто за уши.
Но инфляция была придумана не ради забавы. Она была создана, чтобы решить набор очень реальных, очень упрямых проблем стандартного Большого взрыва, и решает она их с почти подозрительной легкостью.
Возьмите проблему плоской геометрии. Геометрия Вселенной, по-видимому, плоская, почти идеально, балансируя на острие ножа между сворачиванием самой в себя и вечным разлетанием. В стандартной модели Большого взрыва этот баланс крайне нестабилен. Любое крошечное отклонение должно было вырасти до огромных масштабов за миллиарды лет, и тем не менее, вот мы здесь, плоские как доска. Инфляция исправляет это грубой силой. Возьмите любую искривленную поверхность и раздуйте её в триллион триллионов раз, и любой маленький участок, на котором вы окажетесь, будет выглядеть плоским — так же, как баскетбольный мяч выглядит плоским для муравья.
Затем есть проблема горизонта. Посмотрите на один край неба, затем обернитесь к противоположному краю, и вы обнаружите две области, которые никогда не контактировали, которые не могли обменяться даже одним фотоном за всю историю космоса. И тем не менее, они имеют точно такую же температуру, совпадая с точностью до одной стотысячной. Как они скоординировались? Инфляция отвечает: когда-то они были плотно прижаты друг к другу, в уютном тепловом контакте, пока это бурное расширение не разбросало их по противоположным концам видимой Вселенной.
И проблема монополей. Лучшие теории физики высоких энергий настаивают на том, что молодая Вселенная должна была породить лавину магнитных монополей — тяжелых экзотических частиц, которых, примечательно, никто никогда не находил. Инфляция просто разбавляет их, размазывая все существовавшие монополи по гигантскому постинфляционному объему настолько тонко, что было бы счастьем найти хотя бы один во всей наблюдаемой Вселенной.
Это уже много для одной идеи. Но затем инфляция выдает бонус, который она вовсе не обязана была предоставлять. Те же квантовые поля, которые двигали расширение, подвергались крошечным квантовым флуктуациям, маленьким дрожаниям, возникающим на микроскопических масштабах. Инфляция взяла эти дрожания и растянула их по всему небу, заморозив их как слабые ряби в плотности материи. Эти ряби стали семенами. Дайте им миллиарды лет и немного гравитации, и они вырастут в галактики, скопления и огромную космическую паутину, которую мы наблюдаем.
А вот та часть, которая должна заставить вас насторожиться. Инфляция не просто говорит «были семена». Она предсказывает статистический отпечаток этих семян: сколько крупных рябей, сколько средних, сколько мелких и как все они соотносятся друг с другом на разных масштабах. Она делает конкретное, проверяемое предсказание. И когда мы вышли и измерили реальную Вселенную, это предсказание ОКАЗАЛОСЬ ВЕРНЫМ.
Вот, вкратце, почему эта нелепая, неловкая, едва-теория продержалась почти полвека. Не потому что она элегантна. Не потому что она кому-то особенно нравится. А потому что никто не придумал ничего лучше, и потому что она продолжает совпадать с данными.
Это не значит, что инфляции комфортно в своей собственной шкуре. У нее есть свои проблемы, и они не маленькие. Что на самом деле двигало инфляцию? Мы не знаем наверняка. Мы прикручиваем поле с нужными свойствами, потому что этого требует математика, а не потому что мы нашли такое поле где-то валяющимся. Хуже того, когда инфляция запускается, у неё есть тревожная тенденция никогда полностью не останавливаться, порождая бесконечную пену других вселенных в разбегающейся мультивселенной, которую, возможно, никогда не удастся проверить. И при всей своей изобретательности, инфляции всё ещё нужно начало. Она всё ещё упирается в ту самую сингулярность, которую она так тщательно замаскировала. Не спрашивайте, как родилась Вселенная. Сингулярность. Мы вернулись туда, откуда начали.
Так что инфляция правит, но правит нервно, вечно оглядываясь через плечо. И трон, удерживаемый так неуверенно, — это открытое приглашение. Всё, что нужно, — это смелая идея-соперник, готовая подойти и нанести удар.
И кое-кто нанёс.
В третьей части появится претендент с совершенно иной историей: нет сингулярности, нет инфляции, и вселенная существует в буквальном смысле всегда.
- Подписывайтесь на наших друзей – канал "Занимательная наука", чтобы видеть мир глазами учёных, но без лишних сложностей! Сообщества "ЗН" в Telegram и MAКС.
- Подписывайтесь на «Мир чудес» — здесь мы исследуем самые загадочные явления нашей Вселенной! Заходите в наш Telegram или в MAКС. Присоединяйтесь, ваше мнение важно! А если хотите поддержать нас — купите нам кофе ☕. Каждая чашка помогает искать новые загадки. Или просто оставьте комментарий в VK — нам действительно важно, что вы думаете!