Книга Бытия. Общая история происхождения - Гвидо Тонелли

одна квантовая флуктуация, подобная той, что дала Вселенной жизнь, высвободила ее из той канавки, в которой она застряла, чтобы направить на верный путь, позволив устремиться к состоянию истинного вакуума, где она через мгновение и оказалась. От момента времени “ноль” прошло пока 10–32 секунды. Но все уже изменилось.

Как только эта фаза закончилась и пока еще поле мирно колебалось во впадине минимума потенциальной энергии, энергия внутри пузырька, накопленная во время такой взрывной трансформации, превратилась в колоссальное количество материи/антиматерии; пары частиц и их партнеров, вырванных в изобилии из вакуума, взаимодействовали между собой и с остатками поля до тех пор, пока не установилось термодинамическое равновесие.

Едва родившись, Вселенная уже содержала внутри очень небольшого объема всю энергию и всю материю, какие у нее есть сейчас; плотность и температура были очень высокими, и тогда началась вторая фаза расширения, тоже довольно быстрого, но не в том безумном ритме, который царил во Вселенной в первое мгновение.

Алан Гут развязал бычий мех, подаренный Эолом Одиссею, с заключенными в нем “буреносными ветрами”[14], которые когда-то надолго задержали возвращение Одиссея на Итаку. Как спутники Одиссея, он распустил стягивающую горловину мешка серебряную нить и выпустил самый могучий из порывов, открыв дорогу в ад.

Для обозначения этого нового явления Гут использовал термин космическая инфляция, производный от латинского inflo, “раздувать”, который уже использовался в экономике для обозначения головокружительного роста цен.

Это более известное значение слова вызывает негативные коннотации, связанные с травматическим опытом галопирующей инфляции. Достаточно вспомнить о драматических событиях в Германии после окончания первого мирового конфликта. Цены росли скачками, которые следовали один за другим и которые никто не мог остановить. Едва получив зарплату, рабочие тут же мчались в магазин, потому что на следующий день смогли бы купить уже вдвое меньше, а через неделю их деньги вообще бы превратились в резаную бумагу. Продавцам, ставшим заложниками того же механизма, приходилось ежедневно пересматривать цены своих товаров. В январе 1923 года на покупку килограмма хлеба требовалось 250 марок, а к декабрю того же года его цена достигала астрономической суммы в 400 миллиардов марок. Таковы абсурдные последствия экспоненциального роста.

Успех инфляционной теории

Предположение, что Вселенная прошла фазу космической инфляции, до сих пор остается предметом жарких дискуссий между учеными, несмотря на безусловный численный перевес его сторонников.

Одна из наиболее сильных сторон теории заключается в том, что она естественным образом объясняет природу космологического принципа, а именно – исключительную крупномасштабную однородность Вселенной.

На первый взгляд, тут есть что-то противоречащее интуиции. Достаточно поднять глаза к небу и посмотреть на солнце, луну, планеты и звезды, чтобы возникло ощущение огромного разнообразия структур, населяющих небеса. В действительности же это одно из тех предубеждений, которые держат нас в заложниках по одной-единственной причине: ограниченности нашего зрения, его неспособности проникнуть в космос на достаточную глубину.

Но если мы используем самые современные инструменты и расширяем свой горизонт так, чтобы он охватывал космос целиком, эти частные различия становятся несущественными. В недавних экспериментах были каталогизированы двести тысяч галактик, и вот неизбежный вывод: в масштабах сотен миллионов световых лет встречающиеся структуры почти всегда очень сходны, практически идентичны. Одним словом, наша Вселенная, столь чудесная и разнообразная на местном уровне, становится исключительно монотонной, если не сказать скучной, стоит только перейти к более крупному масштабу.

Однородность становится еще более поразительной, если обратиться к распределению температуры. Начиная с 1970-х годов для изучения деталей космического микроволнового фонового излучения систематически используются инструменты, установленные на спутниках. Избавившись таким образом от помех, создаваемых возмущениями земной атмосферы, ученые смогли делать измерения значительно более точные, а главное – в любых диапазонах длин волн. И тем не менее потребовалось двадцать лет, чтобы получить первые результаты, которые начиная с девяностых годов стали предоставлять сенсационные подтверждения теории космической инфляции.

Они показывают впечатляющие однородность и изотропность Вселенной. Распределение температур оказалось в точности предсказано теорией: Вселенная ведет себя как гигантская микроволновка, которая перестала работать в далеком прошлом и с тех пор равномерно остывает, из-за того что расширяется. Области, разделенные миллиардами световых лет, показывают одну и ту же температуру, измеренную до какой-то идиотической точности: 2,72548 градуса выше абсолютного нуля. Космическое микроволновое фоновое излучение изотропно, то есть одно и то же во всех направлениях, с точностью не хуже одной стотысячной.

Какой механизм мог бы обеспечить передачу энергии на такие расстояния, с тем чтобы выравнять температуры до подобной однородности?

Свет не годится, так как к моменту его появления Вселенная уже была огромной: около сотни миллионов световых лет. И эти расстояния слишком большие, чтобы свет мог уровнять случайные колебания температуры. К тому времени различные части Вселенной были уже приведены в соответствие друг с другом, чтобы оказаться с одной и той же температурой на расстоянии в сотни миллионов световых лет.

Только космическая инфляция позволяет понять, как такое могло стать возможным. Все предложенные альтернативные механизмы привели к результатам значительно менее правдоподобным.

Перед началом инфляции все части крошечного пузырька, борющегося с путами квантовой механики, были в контакте друг с другом, словно точка “Космикомических историй” Кальвино. Будучи в состоянии обмениваться информацией, они все оказались с одинаковыми свойствами, в частности с одной и той же температурой. Инфляционное расширение распространило эту однородность на космические масштабы и сделало ее общим свойством Вселенной. При этом оно же безмерно укрупнило бесконечно малые квантовые флуктуации, имевшиеся внутри первичного пузырька. Мельчайшие флуктуации, раздуваясь в пространстве, достигли космических масштабов, превратившись в итоге в скопления галактик. Расширяясь до космических масштабов, эта мелкая рябь в плотности энергии превратилась в тончайшую сеть, широко раскинувшую свои узлы, становившиеся семенами новых агломератов материи. Эти вариации плотности уплотняли и нити темной материи, собирали вокруг себя пыль и газ, а вокруг них рождались первые звезды и формировались первые галактики.

Из этой горячей связки, жестко детерминированной и одновременно хаотической, между звездными расстояниями космоса и бесконечно малым миром квантовой механики, родились материальные структуры, давшие начало красоте и развитию. Мир без флуктуаций не смог бы породить звезды, галактики и планеты. В совершенной Вселенной не было бы ни весеннего ветерка, ни девичьей улыбки. Мы все произошли от аномалии, которую назвали инфляцией и которая довела квантовую пену до того, что она приобрела космические размеры.

Когда самые изощренные из инструментов, установленные на космических зондах, показали изотропность распределения в точности такой, как предсказывала теория для инфляционных моделей, даже самые упертые из ее противников были вынуждены признать ее предсказательную силу.

И все же