Шон Кэрролл - Вечность. В поисках окончательной теории времени

259

Toulmin, S. The Early Universe: Historical and Philosophical Perspectives / In: The Early Universe. Report of NATO Advanced Study Institute / W. G. Unruh, G. W. Semenoff (eds.). Dortrecht: D. Reidel, 1988, p. 393. (Доклады Института перспективных исследований НАТО на конференции, прошедшей в Виктории (Канада) с 17 по 30 августа 1986 г.).

Вернуться

260

См. Guth, A. H. The Inflationary Universe: The Quest for a New Theory of Cosmic Origins. Reading: Addison-Wesley, 1997; Overbye, D . Lonely Hearts of the Cosmos. New York: HarperCollins, 1991.

Вернуться

261

Первая рабочая модель инфляции была предложена Алексеем Старобинским в 1980 году ( A. A. Starobinsky , A New Type of Isotropic Cosmological Models Without Singularity, Phys.Lett. B 91 (1980) 99–102), хотя спектр проблем, которые решают инфляцинные сценарии, был осознан Гутом лишь позже. Модель Старобинского (в отличие от модели Гута) не является самопротиворечивой и все еще не исключена экспериментально. – Примеч. науч. ред .

Вернуться

262

Пространство может быть искривлено даже в том случае, когда пространство – время плоское. Пространство с отрицательной кривизной, размер которого при расширении увеличивается пропорционально времени, соответствует абсолютно плоскому пространству – времени. Точно так же пространство может быть плоским в искривленном пространстве – времени; если пространственно плоская Вселенная расширяется (или сжимается) во времени, то пространство – время определенно будет искривлено. (Смысл в том, что такое расширение вносит свой вклад в общую кривизну пространства – времени, но кривизна пространства также вкладывает. Вот почему расширяющееся пространство с отрицательной кривизной может соответствовать пространству – времени с нулевой кривизной; вклад пространственной кривизны имеет знак «минус» и может точно сократить положительный вклад от расширения.) Когда космологи упоминают «плоскую Вселенную», они имеют в виду пространственно плоскую Вселенную; так же надо понимать «Вселенную с положительной или отрицательной кривизной».

Вернуться

263

Их сумма составляет менее 180 градусов.

Вернуться

264

Один из способов измерить кривизну Вселенной – сделать это косвенно, используя уравнение Эйнштейна. Общая теория относительности подразумевает существование взаимосвязи между кривизной, скоростью расширения и количеством энергии во Вселенной. В течение многих лет астрономы измеряли скорость расширения Вселенной и количество материи в ней (подразумевалось, что материя вносит наиболее существенный вклад в общую энергию). Получаемые данные свидетельствовали о том, что Вселенная чрезвычайно близка к плоскому состоянию, но все же должна обладать крошечной отрицательной кривизной. С открытием темной энергии все изменилось; оказалось, что темная энергия отвечает ровно за такое количество энергии, которое подразумевает, что Вселенная абсолютно плоская. Впоследствии астрономам удалось непосредственно измерить кривизну, используя картину температурных флуктуаций в космическом микроволновом излучении как своего рода гигантский треугольник ( Miller, A. D. et al ., TOCO Collaboration. A Measurement of the Angular Power Spectrum of the CMB from l = 100 to 400 // Astrophysical Journal Letters , 1999, 524, L1–L4; de Bernardis, P. et al ., BOOMERanG Collaboration. A Flat Universe from High-Resolution Maps of the Cosmic Microwave Background Radiation // Nature , 2000, 404, p. 955–959; Spergel, D. N. et al. , WMAP Collaboration. First Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Determination of Cosmological Parameters // Astrophysical Journal Supplement , 2003, 148, p. 175). Этот метод уверенно доказывает, что Вселенная действительно пространственно плоская – приятное соответствие результатам предыдущих косвенных выводов.

Вернуться

265

Никто больше так ее не называет. Поскольку данная форма темной энергии введена для того, чтобы происходила инфляция, предполагается, что она возникает из гипотетического поля, носящего название «инфлатон». Было бы прекрасно, если бы поле инфлатона служило какой-то иной цели или уютно вписывалось в какую-то более полную теорию физики элементарных частиц, но пока нам известно слишком мало, чтобы делать еще какие-либо заявления.

Вернуться

266

Возможно, вы думаете, что поскольку Большой взрыв сам по себе – тоже точка, световые конусы прошлого любых событий во Вселенной должны обязательно пересекаться в момент Большого взрыва. Однако это заблуждение. Как минимум, Большой взрыв – это не точка в пространстве, а момент во времени. Но еще важнее то, что в классической общей теории относительности Большой взрыв представляет собой сингулярность и не должен даже считаться частью пространства – времени; мы имеем право говорить только о том, что происходит после Большого взрыва. И даже если мы включим в рассмотрение моменты времени, непосредственно последовавшие за Большим взрывом, световые конусы прошлого все равно не пересекутся.

Вернуться

267

Исходные статьи: Linde, A. D. A New Inflationary Universe Scenario: A Possible Solution of the Horizon, Flatness, Homogeneity, Isotropy and Primordial Monopole Problems // Physics Letters , 1981, B 108, p. 389–393; Albrecht, A., Steinhardt, P. J. Cosmology for Grand Unified Theories with Radiatively Induced Symmetry Breaking // Physical Review Letters , 1982, 48, p. 1220–1223. Обсуждение на доступном языке см. в работе Guth, A. H. The Inflationary Universe: The Quest for a New Theory of Cosmic Origins. Reading: Addison-Wesley, 1997.

Вернуться

268

См., например, Spergel, D. N., et al ., WMAP Collaboration. First Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Determination of Cosmological Parameters // Astrophysical Journal Supplement , 2003, 148, p. 175.

Вернуться

269

См. Vilenkin, A . The Birth of Inflationary Universes. Physical Review, D 27, 1983, p. 2848–2855; Linde, A. D. Eternally Existing Selfreproducing Chaotic Inflationary Universe. Physics Letters, B 175, 1986, p. 395–400; Guth, A. H. Eternal Inflation and Its Implications // Journal of Physics , A 40, 2007, p. 6811–6826.

Вернуться

270

Данный сценарий получил слегка дезинформирующее название открытой инфляции ( Bucher, M., Goldhaber, A. S., Turok, N. An Open Universe from Inflation // Physical Review , D 52, 1995, p. 3314–3337). В тот период, когда темная энергия еще не была обнаружена, космологи понемногу начинали волноваться: создавалось впечатление, что инфляция надежно предсказывает пространственную плоскостность Вселенной, в то время как наблюдения плотности материи упорно указывали на то, что для осуществления такого предсказания энергии попросту недостаточно. Кто-то уже паниковал и пытался изобретать модели инфляции, не обязательно предсказывающие плоскую Вселенную. Но оказалось, что необходимости в этом нет, – темная энергия предоставляет как раз недостающую часть плотности энергии, для того чтобы сделать Вселенную плоской, и наблюдения за космическим микроволновым фоновым излучением уверенно подтверждают, что Вселенная действительно плоская ( Spergel, D. N., et al., WMAP Collaboration. First Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Determination of Cosmological Parameters // Astrophysical Journal Supplement , 148, 2003, p. 175). Так что все в порядке, потому что благодаря панике родилась умная идея – как сделать реалистичную Вселенную внутри пузыря, заключенного в фоновый ложный вакуум.