Песах Амнуэль - Много вселенных из ничего

Карта флуктуации микроволнового фона по данным спутника WMAP .

Плотность вещества (обычного и темного) при расширении Вселенной, естественно, уменьшается, но плотность темной энергии остается неизменной в любой точке и в любой момент времени, начиная с Большого взрыва.

Отсюда следует очень любопытная и важная вещь. Сейчас плотность темной энергии больше, чем плотность вещества (обычного и темного): соответственно 74 и 26%. В прошлом было наоборот. А это, в свою очередь, означает, что в былые времена силы притяжения во Вселенной преобладали над силами отталкивания и расширение замедлялось. Но в какой-то момент силы отталкивания стали больше сил притяжения и Вселенная стала разгоняться, как автомобиль на трассе.

Когда в 1995 году Лоуренс Краусс и Майкл Тернер высказали эту идею, коллеги восприняли ее скептически, но не прошло и трех лет, как сразу две группы астрофизиков (в рамках проектов Supernova Cosmology Project и High-Z Supernova) опубликовали результаты своих наблюдений, из которых следовало: примерно пять миллиардов лет после Большого взрыва Вселенная расширялась, постепенно замедляясь, а затем начался период ускоренного расширения, который продолжается до сих пор. Вывод этот астрофизики сделали, наблюдая за многочисленными вспышками внегалактических сверхновых, находящихся на самых разных расстояниях - от ближайших окрестностей Млечного Пути вплоть чуть ли не до самого «горизонта». Речь идет о сверхновых типа la - они отличаются от прочих сверхновых тем, что в максимуме имеют одинаковую светимость и их можно использовать в качестве «стандартных свечей», по которым с хорошей точностью определять расстояния до самых далеких объектов Вселенной.

Самое странное и необычное предсказание инфляционной теории было подтверждено наблюдениями!

В те же годы подтвердилось и другое предсказание. В инфляционной теории ложный вакуум - то ничто, из которого возникла Вселенная, - чрезвычайно однороден. Однако и в самой однородной «пустоте», если верны квантовые законы (а еще не обнаружено ни одного случая, когда эти законы нарушались бы!), неизбежно возникают флуктуации, поскольку действует принцип неопределенности. Флуктуации должны были возникать и в ложном вакууме, а инфляция эти флуктуации растянула в пространстве. Большой взрыв закрепил флуктуации в виде незначительной разницы в плотности и температуре возникшего вещества. Если теория верна, то сейчас первичные флуктуации должны проявлять себя как слабые вариации температуры и яркости реликтового микроволнового излучения. Более того, теория инфляции позволяет рассчитать величину флуктуации, и, следовательно, их можно попытаться обнаружить в реально наблюдаемом микроволновом фоне.

Первые наблюдения, проведенные в восьмидесятые годы прошлого века, были недостаточно чувствительны, и реликтовый фон представлялся ровной, без пятнышек, скатертью, покрывавшей все небо. Инфляционная теория предсказывала, что величина флуктуации должна составлять всего лишь одну стотысячную от яркости излучения. И можно представить волнение теоретиков, когда запущенный в 2006 году спутник WMAP действительно стал сканировать реликтовый фон с такой чувствительностью. Если бы флуктуации фона обнаружить не удалось, удар по теории инфляции был бы таким тяжелым, что, возможно, пришлось бы придумывать другое объяснение современному состоянию Вселенной. Но все не просто обошлось: наблюдения подтвердили предсказания теории инфляции с точностью, на которую теоретики даже не надеялись.

После полета WMAP у физиков исчезли сомнения в том, что Большому взрыву предшествовал чрезвычайно краткий период безудержного расширения ложного вакуума - пустого, по сути, пространства.

Теория инфляции победила, и в правоте ее сейчас нет сомнений у подавляющего большинства физиков. Предсказания этой теории оправдываются с потрясающей точностью: и то, что Вселенная плоская, и то, что она однородна на больших масштабах, и то, что существует микроволновое излучение, оставшееся от Большого взрыва, и то, что в микроволновом фоне есть предсказанные флуктуации плотности и температуры.

Хорошая теория не может быть правильной в одном и неправильной в другом. Если из теории следуют, скажем, два вывода, а пока удалось подтвердить один, это не означает, что второй, пока неподтвержденный, можно объявить неверным - тогда придется и всю теорию считать неправильной!

А из теории следует, что, во-первых, однажды начавшись, инфляция продолжается вечно и, во-вторых, в раздувающемся вакууме все время возникают «островки» вакуума обычного, постоянно происходят Большие взрывы, рождаются новые вселенные. Может случиться, что две «соседние» вселенные расширяются одна навстречу другой. Тогда они могут столкнуться, и, наблюдая микроволновый фон, мы, по идее, можем увидеть следы столкновения миров. Выглядеть это должно как большое «пятно» в микроволновом излучении (не мелкая флуктуация, появление которой объясняется квантовыми эффектами, а большое пятно размером в несколько градусов). Подобные пятна действительно были обнаружены в 2011 году на картах микроволнового фона, полученных по данным спутника «Планк».

Теория бесконечной и хаотической инфляции подтверждается наблюдениями с такой точностью, какой до сих пор не было в космологической науке. Да и вообще, в астрофизике немного можно найти теорий, столь успешных и соответствующих реальности.

Космологи уже лет двадцать не спорят о том, произошел ли Большой взрыв в конце периода безудержного расширения пространства. Обсуждения ведутся на гораздо более глубоком уровне. Например, теория утверждает, что во первые мгновения после Большого взрыва должно было возникнуть мощнейшее гравитационное излучение. За миллиарды лет это излучение, как и микроволновый фон, ослабло на много порядков, и зафиксировать его прямыми наблюдениями пока невозможно. Теория, однако, подсказывает: реликтовое гравитационное излучение можно обнаружить косвенными методами, изучая поляризацию микроволнового фона. Такие исследования ведутся, и, поскольку уже подтвердились многие предсказания инфляционной теории, мало кто из физиков сомневается, что и реликтовое гравитационное излучение будет обнаружено - рано или поздно, прямо или косвенно.

И один из главных вопросов - смогут ли физики подтвердить существование иных вселенных, также предсказанных теорией вечной и хаотической инфляции? Вот хорошая задача, космологией еще не решенная. Есть чем заняться в будущем.

Павел АМНУЭЛЬ.