Колин Стюарт - Вселенная на ладони [litres]

Можно было бы сказать, что в прошлом они находились ближе друг к другу, но они никогда не располагались по отношению друг к другу достаточно близко. На основе теории Большого взрыва можно рассчитать, как быстро расширялась Вселенная, начиная с момента ее зарождения. Учитывая то расстояние, на котором они находятся сегодня по отношению друг к другу, эти два пункта космического пространства никогда не смогли бы оказаться на достаточно близком расстоянии друг от друга, чтобы достичь термального равновесия. У света никогда не было возможности пройти от одного пункта до другого – каждый из них всегда находился за горизонтом другого. Это проблема горизонта представляет собой одно из самых больших затруднений первоначальной версии Большого взрыва.

Поверхность Земли выпуклая, но для того, чтобы эта выпуклость стала заметной и очевидной, вам нужно увидеть или пройти по ней определенное расстояние. Представьте себе, что вы привязаны к одному и тому же месту и можете видеть только ограниченную область пространства диаметром десять метров вокруг себя. Вы решите, что Земля плоская, даже если это не так.

Эта ситуация аналогична тому, что мы испытываем по отношению к Вселенной. В настоящее время мы ограничены пространством Солнечной системы и полностью полагаемся на свет, который доносит до нас подробности о том, что находится дальше за ее пределами. Однако у нас есть возможность видеть объекты, только если у этого света было достаточно времени, чтобы дойти до нас. Вселенная вначале расширялась настолько стремительно, что некоторые ее области мы никогда уже не увидим. Поэтому необходимо делать различие между Вселенной (все сущее) и Вселенной, доступной нашему обзору (видимой нам Вселенной).

Измерения видимой нам области Вселенной говорят о том, что космическое пространство в ее пределах плоское – в целом оно не имеет заметных искривлений. В отношении этого феномена существуют два возможных объяснения. Во-первых, предполагается, что расширяющаяся Вселенная растянула пространство космоса настолько, что ее небольшая часть, видимая для нас, кажется плоской, даже если более широкая Вселенная искривлена. Это аналогично тому, что десятиметровое пространство вашей комнаты смотрится как плоское, тогда как поверхность нашей планеты на самом деле изогнута. Между тем, согласно первоначальной версии Большого взрыва, Вселенная не расширилась настолько, чтобы это могло случиться. Отсюда можно заключить, что история Большого взрыва либо еще не закончилась, либо вся Вселенная – и та ее часть, которую мы можем видеть, и та, которую не можем, – плоская. Астрономы рассчитали, что вероятность того, что такое вообще возможно, равна приблизительно одному на сотни триллионов триллионов триллионов триллионов триллионов.

То, что наша Вселенная плоская – не единственная вещь, которая представляется в высшей степени маловероятной. Представьте, что в нашей Вселенной имеется гигантская панель управления с множеством кнопок, ручек и шкал. Каждый из них управляет каким-либо одним параметром Вселенной. Это может быть скорость света, масса электрона или сила гравитации. Если вы измените хотя бы один из этих параметров – даже на несколько процентов – наша Вселенная оказалась бы совершенно другой.

Возьмем силу гравитации. Если бы она была больше, вещество в центре звезд разрушалось бы значительно сильнее. Процесс слияния веществ в звездах протекал бы куда стремительнее, и их жизнь длилась бы месяцы и годы, а не миллиарды лет, как это происходит сейчас. В этих условиях у жизни на Земле не было бы шанса возникнуть. Измените шкалу на достаточную величину, и звезды не образуются вовсе.

Если бы гравитация была значительно сильнее, она могла бы развернуть первоначальное расширение Вселенной в обратном направлении и вызвать всеобщий коллапс, вернув все в исходное состояние «Большого хруста» до того, как первые звезды вообще зажглись.

Если все эти настройки носят случайный характер и могли принять значения, варьирующиеся в самых широких пределах, тогда каким образом все настройки оказались ровно такими, какие необходимы для того, чтобы возникла Вселенная, полная звезд, планет и людей? Результатом большинства других гипотетических настроек стало бы появление пустой Вселенной или вообще ничто. Существует несколько ответов на проблему точной настройки. Во-первых, это могла быть просто удача – невероятные вещи иногда случаются. Во-вторых, это могло быть деянием некоего всемогущего существа, которое все тщательно предусмотрело. Однако ни одно из этих предположений не может считаться удовлетворительным, так как их нельзя проверить.

Однако третий вариант – идея под названием инфляция – потенциально способен объяснить не только проблему точной настройки, но и все другие проблемы, связанные с Большим взрывом.

К концу 1970-х годов многие из этих проблем с Большим взрывом стали очевидными. Было ясно, что определенного рода Большой взрыв все-таки имел место, так как трудно было просто игнорировать такие очевидные свидетельства, как реликтовое микроволновое излучение, ядерный синтез и квазары. Однако в чем-то надо было уступить.

Начиная с 1979 года и вплоть до начала 1980-х годов физики Алан Гут, Андрей Линде и Пол Стейнхардт занимались поисками способа совсем незначительно изменить идею Большого взрыва, чтобы все ее достоинства оставались бы незатронутыми. Их концепция получила название инфляции, и ее предпосылки невероятно просты: на своих ранних этапах Вселенная испытала период расширения, значительно более стремительного, чем все то, что происходило с ней позже.

Это можно представить, как расширение, предсказанное Хабблом, но только как если бы оно проходило под действием стероидов. В первую триллионную часть триллионной части триллионной части секунды Вселенная прошла от значительно меньшего, чем атом, размера до размера грейпфрута. Может показаться, что это не так уж много, но это соответствует фактору масштабирования, равному единице с семьюдесятью восьмью нулями. Если вы промасштабируете размер красной кровяной клетки на эту величину, то вы получите нечто в триллион триллионов триллионов раз более широкое, чем видимая часть Вселенной.

Наша лучшая иллюстрация истории Вселенной, с первоначального периода инфляции и до сегодняшней эры доминирования темной энергии

Если мы будем брать каждую из проблем Большого взрыва по очереди, мы сможем увидеть, как добавление раннего инфляционного периода стремительного расширения способно помочь их решению.