Андрей Кананин - Нереальная реальность

2.Почему Вселенная расширяется?

3.Почему Вселенная такая однородная и её разные части столь похожи друг на друга?

4.Почему пространство во Вселенной плоское?

5.Почему в первые моменты жизни Вселенная была очень горячей?

Ответы на эти вопросы дала инфляционная космология, или, проще говоря, теория инфляции. Она была сформулирована в 1979 году Алексеем Старобинским 3 3 Старобинский Алексей – российский физик, один из авторов теории инфляции и Аланом Гутом 4 4 Гут Алан – американский физик и космолог, модифицировал теорию Большого Взрыва, создав инфляционную модель Вселенной. . Через несколько лет теория была развита в работах Андрея Линде 5 5 Линде Андрей – российско-американский физик, разработал хаотическую теорию инфляции. , Андреаса Альбрехта 6 6 Альбрехт Андреас – британский космолог, профессор физики. и Пола Стейнхардта 7 7 Стейнхардт Пол – американский физик-теоретик, автор работ по теоретической космологии. .

Согласно этому представлению, через 0.00000000000000000000000000000000001 секунды после Большого Взрыва Вселенная пережила стадию мгновенного расширения – инфляцию. За этот неуловимый промежуток времени космос одномоментно расширился минимум в 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 раз. Чтобы понять, насколько это много, представьте себе, что точка в конце предыдущего предложения мгновенно стала размером с целую галактику.

То есть, за микроскопический период времени Вселенная увеличилась больше, чем за все последующие 14 млрд. лет своей эволюции. Космос расширился с невообразимо огромной скоростью. Инфляция разнесла разные участки неба на гигантские расстояния.

На первый взгляд, кажется, что эта модель противоречит теории относительности Эйнштейна, согласно которой ничто не способно перемещаться быстрее скорости света. Но это не так. Быстрее света не могут двигаться только материальные тела. А во время инфляции расширяется пространство. Поэтому ограничение, связанное со скоростью света, не действует. При инфляции «перемещается» нематериальная граница области пространства.

Этот механизм продолжает работать и в настоящее время. Мы наблюдаем, что расстояние от Земли до далёких галактик постоянно увеличивается. Кажется, что скопления звёзд разлетаются друг от друга. На самом деле расширяется пространство между галактиками, а сами они остаются практически неподвижными.

Что же способствовало столь стремительному «разбуханию» космоса?

Ответ состоит в том, что в первые моменты своего существования Вселенная была заполнена инфлатоном, особым полем, обладающим рядом необычных свойств. Главное из них заключается в том, что, при расширении, поле инфлатона не теряет плотность своей энергии. Это ключевой момент.

Из школьной программы физики все знают, что при обычном значительном расширении, всё вокруг резко охлаждается. После стадии инфляции, наоборот, происходит разогрев. Вся потенциальная энергия расширения пространства высвобождается заново. Поэтому температура возрастает, а Вселенная повторно разогревается.

В эпоху инфляционного расширения главная роль отводится плотности энергии особого вида материи, так называемого «ложного» вакуума. «Ложный» вакуум неустойчив и быстро распадается, а его энергия обладает отрицательным давлением. Именно из-за отрицательного давления постоянно увеличивается скорость расширения пространства. От избытка энергии образуется горячий сгусток высокотемпературной плазмы, который продолжает по инерции расширяться и в итоге разделяется на обычные материю и излучение. В теории инфляции именно распад «ложного» вакуума можно назвать Большим Взрывом.

Нам сложно вообразить себе отрицательное давление. Хотя его вполне можно образно представить внутри натянутого куска резины. При растяжении куска как раз образуется сила, направленная внутрь, заставляющая резину сжиматься.

Отрицательное давление поля инфлатона обеспечило мощное гравитационное отталкивание пространства и стало причиной его невероятно быстрого расширения. В результате Вселенная моментально стала огромной. В специфических условиях зарождения Космоса отталкивающая гравитация проявилась с невообразимой силой.

Это идея многим кажется фантастической, но на самом деле полностью соответствует основным законам физики. Из них прямо следует, что любое поле, однородное в определённой области пространства, неизбежно наполнит весь его объём энергией, что приведёт к появлению отрицательного давления. Далее отрицательное давление создаст гравитационное отталкивание. В свою очередь, это вызовет расширение объёма пространства наподобие взрыва. Иначе говоря, именно инфляция обеспечивает Большой Взрыв условным «взрывом».

Поле инфлатона насыщено огромной потенциальной энергией и отрицательным давлением. С началом расширения пространства оно высвобождает эту энергию. Именно поэтому её итоговое значение становится всё более низким.

Подобным образом высвобождается энергия снежного кома. Когда небольшой снежок начинает скатываться с горы, его размер постоянно растёт. К нему прилипают новые слои снега, ветки, камешки. Скорость его движения постоянно увеличивается. В конце концов, большой ком снега ударяется о дно пропасти и его отдельные части разлетаются в разные стороны. В этот момент высвободившаяся кинетическая энергия разогревает окружающую среду.

Аналогично заканчивается эпоха инфляции, когда энергия и отрицательное давление рассеиваются в пространстве. Поле инфлатона достигает минимума энергии – дальше «падать» некуда, это «дно» пропасти.

Важно уточнить, что энергия поля инфлатона не пропадает даром. Она преобразуется в элементарные частицы, которые однородно заполняют расширившееся пространство.

Поле инфлатона «падает» с вершины на дно, отключив отталкивающее давление, практически моментально, всего за 0.00000000000000000000000000000000001 секунды. Вся сдерживаемая им энергия передаётся на производство обычных частиц. Появляется первоначальный строительный материал для сложных структур в космосе. С этого времени история Вселенной возвращается на традиционный путь теории Большого Взрыва, охлаждения пространства и постепенного формирования звёзд и планет. После эпохи инфляции космос продолжает расширяться уже по инерции.

Теория инфляции отвечает на вопросы, поставленные мной в начале этой главы.

Вселенная расширяется из-за отталкивающей гравитации. Изначально она была очень горячей в силу высокой плотности энергии «ложного» вакуума. То, что Вселенная большая и однородная объясняется невероятно быстрым растяжением пространства за очень короткий промежуток времени.