Борис Штерн - Прорыв за край мира

То же самое с темной энергией. Мы точно знаем ее плотность, знаем, как она влияет на Вселенную, и в будущем сможем уточнить ее состояние — это вакуум или меняющееся скалярное поле. Но мы опять же не знаем, как связана темная энергия с известными частицами и полями. То есть мы прекрасно видим темную материю и темную энергию, понимаем их роль важнейших элементов конструкции Вселенной, но не знаем, из чего они сделаны.

Кроме объяснения структуры Вселенной, инфляция дает ключ к пониманию ее происхождения. Теперь мы можем довольно четко ответить на часто задаваемый вопрос: «Что было до Большого взрыва?» Правильный ответ: была космологическая инфляция. Именно благодаря ей Вселенная и возникла. А что было до инфляции?

В принципе, для того, чтобы инфляция сделала свое дело, достаточно 10 -35с. Но она могла продолжаться сколько угодно времени — это следует из очень простых соображений. Мы можем «отмотать» время назад, пока есть классическое пространство-время, а в процессе инфляции оно существует. Правда, когда-нибудь мировая линия, протянутая назад через Большой взрыв, назад сквозь инфляцию, упрется в планковское состояние (или сингулярность, если пользоваться терминами классической теории), где понятие времени теряется. То есть цепочка вопросов «а что было до того», «что было еще раньше» рвется. Исчезает это «раньше». Как далеко по времени назад от Большого взрыва можно провести эту самую мировую линию? Может быть, до 10 -30с, что с точки зрения инфляции есть огромное время. А может быть, до миллиардов лет. Каждая мировая линия, протянутая назад, конечна, но, по-видимому, всегда найдется другая, уходящая дальше в прошлое. Это и есть математическое определение бесконечности, в данном случае — бесконечного прошлого. О бесконечном будущем мы уже писали. Впрочем, это уже, скорее, из области фантазий. Чтобы делать обоснованные утверждения в данном случае, нужна квантовая гравитация, которой, по сути, нет.

Мы уверенно говорим о космологической инфляции, не зная многих важных вещей. Мы не знаем, что такое «мотор» инфляции — ин-флатон. Это должно быть некое скалярное поле, но мы его не можем ощутить и исследовать, не можем получить квант этого поля, подобно бозону Хиггса, поскольку его масса должна быть огромной.

Впрочем, есть еще модель Старобинского, в которой никакого специального инфлатона не нужно. Это еще одно из ее преимуществ. Напомним, там условие для инфляции создает кривизна пространства, деформирующая вакуум подобно эффекту Казимира, от чего у него появляется большая плотность энергии. Чтобы дать старт инфляции, на языке модели Старобинского нужна большая и достаточно однородная кривизна пространства в некоторой области. На языке инфлатона нужно поле с высоким значением, достаточно однородное в такой же области. Дальше всё идет одинаково.

Конечно, физическая основа инфляции остается тенью в нашей картине мира, мы не знаем, какая именно физическая сущность играет роль ее «мотора». Тем не менее, большинство физиков уверено, что такая сущность есть и выполнила работу, часто приписываемую Богу, — создание Вселенной среди бесконечного множества других вселенных, как похожих на нашу, так и совершено невообразимых. Почему мы уверены в теории инфляции?

• Теория хорошо и просто отвечает на тяжелые, почти метафи-зичские вопросы про исключительную точность и сбалансированность «начального толчка», давшего жизнь большой однородной Вселенной, — слишком хорошо, чтобы оказаться неверной. Она же великолепно объясняет происхождение затравочных неоднородностей, из которых возникли галактики и крупномасштабная структура.

рованность «начального толчка», давшего жизнь большой однородной Вселенной, — слишком хорошо, чтобы оказаться неверной. Она же великолепно объясняет происхождение затравочных неоднородностей, из которых возникли галактики и крупномасштабная структура.

• Теория находит подтверждение в современных данных по реликтовому излучению — не только в первом приближении (спектр флуктуаций почти плоский), но и во втором — спектр все-таки чуть-чуть отличается от плоского именно так, как предсказывается.

• Современное ускоренное расширение Вселенной воочию показывает, что механизм инфляции работает, мы его непосредственно наблюдаем, правда, совсем в другом масштабе.

• Конкурирующие теории существуют, но все они требуют новых сущностей, и ни одна из них не может сравниться с теорией инфляции в простоте и естественности.

Можно ли считать теорию признанной окончательно и бесповоротно? Здесь мнения расходятся. Кто-то считает, что аргументов за нее более чем достаточно. Кто-то считает, что давать Нобелевскую премию за теорию инфляции еще рано — надо подождать открытия реликтовых гравитационных волн. И обязательно найдется какой-нибудь новый фред хойл, который откажется принимать теорию инфляции до гробовой доски.

Итак, теория инфляция объясняет, откуда взялась Вселенная, и ее неоднородности, эволюционировавшие в наблюдаемую структуру. Что она может сказать по поводу других вселенных?

То, что эти другие вселенные могут существовать, следовало допустить уже тогда, когда Вселенная получила статус физического объекта, описываемого уравнениями общей теории относительности. Настойчивый намек на огромное число вселенных дал антропный принцип — способ осмыслить тот факт, что физические константы удивительно хорошо подогнаны под существование жизни. Причем этот принцип намекал не только на то, что вселенных очень много, но и на то, что они разные, с разными физическими константами. И вот теория инфляции прямо показывает, как это бесконечное множество вселенных получается: раз стартовав, инфляция не останавливается никогда, плодя новые и новые вселенные.

Ясная картина заканчивается густой тенью вблизи планковского масштаба. Из этой тени проступает красивая многообещающая конструкция — теория струн, но нет никаких доказательств того, что эта конструкция реальна. Впрочем, не совсем так — теория стала реальной интересной областью математики, обретя собственное существование, не зависящее от физики. Теория струн, в частности, привлекательна тем, что в ней содержится та самая случайность, которая дает почти бесконечное разнообразие вселенных, подводя фундамент под антропный принцип. Это же самое разнообразие делает невозможной проверку ее предсказаний — мы находимся в одной из 10 500реализаций теории струн, неизвестно, в какой.

Видимо, для того, чтобы высветить эту затененную часть картины мира, потребуется новый прорыв. Возможно, кто-нибудь из читателей его дождется.