Сергей Минаков - Таинственные явления природы и Вселенной

С помощью все той же ОТО Эйнштейна можно показать, что гравитационное отталкивание является чисто «внутренним». Так что, если вы выложите на стол кусочек ложного вакуума, предметы не будут отталкиваться от него. Вместо этого они станут притягиваться. Иными словами, снаружи от ложного вакуума сила гравитации проявляется как обычное тяготение.

Общий результат зависит от размеров кусочка. Если он меньше некоторой критической величины, побеждает натяжение и кусочек съеживается, как растянутая резинка. Затем, после нескольких колебаний, он распадается на элементарные частицы. Если размер больше критического, побеждает отталкивающая гравитация, и тогда ложный вакуум начинает раздуваться. В ходе этого процесса он искривляет пространство наподобие воздушного шарика. Во Вселенной, заполненной истинным вакуумом, появляется «приросток»: быстро-быстро раздувающаяся область!

Расширяющийся шар соединен с внешним пространством узкой «кротовой норой». Снаружи она видна как черная дыра, и внешний наблюдатель никогда не сможет увидеть, что внутри этой черной дыры скрывается огромная раздувающаяся вселенная. Аналогично, наблюдатель, который находится внутри раздувающейся вселенной-пузыря, увидит только крошечную часть всего пространства и никогда не узнает, что его вселенная имеет границу, за которой имеется другая большая вселенная.

Судьба пузыря из ложного вакуума принципиально зависит от того, превышает ли его радиус критическое значение. Его, как всегда, определяет энергия вакуума: чем больше плотность энергии, тем меньше критический радиус. Для электрослабого вакуума он составляет около 1 мм, а для вакуума Великого объединения — в 10 трлн раз меньше.

А что же дальше? Когда пузырь достаточно раздуется, в нем станет возможным образование новых областей с разными типами ложных вакуумов. Некоторые из них «сожмутся», и их энергия превратится в вихрь элементарных частиц. Но в некоторых начнется процесс инфляции, и они превратятся в громадные вселенные. Однако извне пузыря никто, увы, не сможет их увидеть: они будут выглядеть как темная пасть черной дыры.

Делом управляют два конкурирующих процесса: распад ложного вакуума и его «воспроизведение» в результате расширения инфляционно раздувающихся областей. Эффективность распада можно охарактеризовать временем, в течение которого распадается половина ложного вакуума. Эффективность воспроизведения задается «временем удвоения» — периодом, за который объем расширяющегося пространства, заполненного ложным вакуумом, увеличивается в два раза. Объем ложного вакуума будет сокращаться, если период полураспада короче времени удвоения, и расти — если ситуация противоположна.

Но анализ показывает, что период полураспада много превышает время удвоения. А значит, во Вселенной в целом инфляция никогда не заканчивается и рост инфлирующих областей продолжается беспредельно! Прямо сейчас, когда вы читаете эти строки, далеко-далеко в мановение ока раздуваются миры, заполненные ложным вакуумом. Но вместе с этим постоянно формируются области, подобные нашей, где инфляция закончилась. Там начинается классическая эволюция, подобная той, которую описали Фридман и Гамов. Там из огненной кутерьмы элементарных частиц образуются ядра атомов, складывающиеся в элементы, звезды, галактики. Там вокруг звезд кружат планеты, и на некоторых из них кипит жизнь. И мысль. В этом описании нет никакой фантастики, как может показаться. Только строгая наука!

Здесь теория инфляции вносит еще одну поправку в классическую космологическую картину. Если Большой взрыв — это просто инфляционная стадия, то нам уже не надо считать его одномоментным событием в нашем прошлом. Множество больших взрывов отгремело до него в отдаленных частях Вселенной, и бессчетное число других еще произойдет повсюду в будущем. Поэтому становится довольно нелогичным обозначать нашу область как Вселенную — с прописной буквы. Множество таких классических вселенных продолжают свою эволюцию, окруженные бездной ложного вакуума. Но из-за инфляции пространство между этими локальными вселенными быстро расширяется, создавая место для рождения все новых, подобных им. И вот вся эта грандиозная бесконечная картина называется Вселенной — Вселенной с большой буквы, Вселенная в целом.

В 1997 году шведские и американские астрономы, изучая туманность Бумеранг с помощью крупного телескопа, установленного в Чили, обнаружили, что окраины этой туманности — самое холодное место во Вселенной. Температура газа составляет здесь менее 3 К, то есть ниже –270 °C. В земных лабораториях получены и более низкие температуры, но в природе большего холода не найдено. Туманность Бумеранг представляет собой облако газа и пыли, выбрасываемое умирающей звездой со скоростью более 150 км/с. Это облако охлаждается по тому же принципу, что и камера компрессионного холодильника — в результате быстрого расширения газа.

Начинается все с маленького участка ложного вакуума. Далее появляются первые островки истинного вакуума. Это — классические вселенные; самые «старые» классические области в пределах данного рассмотрения. По мере того как границы этих вселенных раздвигаются в море инфляции, они быстро увеличиваются в размерах. Однако беспрерывно инфлирующая область ложного вакуума расширяется еще быстрее, так что пространство между классическими вселенными становится все больше, а во вновь образованных областях возникают новые и новые классические вселенные. Математики называют такую структуру фрактальной — похоже на капусту романеско: старые классические миры окружаются подобными им меньшими, вокруг которых располагаются еще меньшие, и так далее. И в отличие от капусты, этому нет и никогда не будет конца.

Если бы каким-то образом нам удалось извне наблюдать бесконечную инфляцию Вселенной, что бы мы увидели? Множество вселенных, разбросанных по безбрежному морю ложного вакуума. Это похоже на Землю, как ее видят космонавты. Колоссальный шар с континентами и архипелагами, окруженными океаном (правда, трехмерный), расширяющийся с невообразимой скоростью. Континенты-вселенные, тоже увеличивающиеся, а между ними постоянно появляются очень-очень маленькие новые острова — и немедленно начинают расти. Количество вселенных быстро умножается и стремится к бесконечности в бесконечном будущем.

Но обитатели этих «карманных», как назвал их однажды Алан Гут, вселенных, подобно нам, видят совершенно иную картину. Их вселенная не воспринимается ими как конечного размера остров. Изнутри это бесконечная вселенная, единственная, уникальная, все, что есть. Граница между этой вселенной и инфляционной частью пространства-времени — это Большой взрыв, случившийся для ее обитателей в определенный момент в прошлом. Мы не можем добраться до инфляционного моря просто потому, что невозможно переместиться в прошлое. Дело просто в том, что понятие времени в «островных» вселенных отличается от «глобального» времени, которое надо использовать для описания пространства-времени в целом (иначе не получается!).