Читать книгу Тончайшее несовершенство, что порождает всё. Долгий путь к частице Бога и Новая физика, которая изменит мир - Гвидо Тонелли - Страница 6

Картина, возникающая на основании последних исследований, абсолютно удивительна. В наипервейшие мгновения своей жизни Вселенная прошла стадию, которую мы называем космической инфляцией; это все еще необъяснимое явление, благодаря которому крошечная аномалия превратилась в нечто гигантское за время до смешного малое – за 10^–35 секунды, то есть за 0,000…01 секунды, где в общей сложности 35 нулей.

Термин “инфляция” знаком каждому – им описывают в экономике рост цен, и он указывает на что‑то раздувающееся и подразумевает быстрый экспоненциальный рост. Именно такое явление происходило в самые первые мгновения после Большого взрыва[5], когда то, чему было суждено стать нашей Вселенной, обладало совсем незначительными размерами. Это нечто совершенно особое.

В тот момент на сцену внезапно выходит элементарная частица под названием инфлатон, очень не похожая на другие частицы, и начинаются удивительные события. В микроскопической сингулярности создается сгусток очень странного вещества с отрицательной энергией, которое оттуда начинает яростно выплевываться наружу. Расширение охватывает всё, включая само пространство: то есть расширяется сама структура вакуума. Медленно сползая в потенциальную яму к локальному минимуму энергии – так мячик скатывается по желобу туда, где сможет остановиться в равновесии, – Вселенная освобождается от избытка энергии в каждой своей точке, расширяясь. Но очень высокая энергия Вселенной во время всего расширения остается практически неизменной, сохраняя постоянной и свое стремление к расширению, и потому рост всех ее размеров становится экспоненциальным. За ничтожные мгновения ничто становится всем. Но затем, внезапно – и нам еще предстоит выяснить, что именно тогда произошло, – вся система вырывается из той неглубокой потенциальной ямы, куда она было соскользнула, чтобы начать двигаться к другой потенциальной яме, где ее состояние более устойчиво и где она остается до сих пор. На этом пароксизм ее роста прекращается. Этих мгновений оказывается достаточно, чтобы найти подходящую ямку, в которой можно остаться надолго, и чтобы превратиться из микроскопического объекта в нечто гигантское. Во время этого сверхбыстрого расширения система охлаждается; замирая, она нагревается снова, и в этой новой фазе ее населяют новые элементарные частицы – преимущественно те самые, что известны нам сегодня. Бурные процессы рождения уступают место более медленной эволюции, постепенному расширению, которое будет теперь продолжаться миллиарды лет.

Была ли у ранней Вселенной фаза космической инфляции? Ученые до сих пор активно дискутируют об этом. Космологическая теория, ее предусматривающая, появилась в начале 1980‑х годов, но прямая улика, так сказать, дымящийся пистолет, чтобы и тени сомнений не оставалось, до сих пор не найдена. Однако косвенные улики в пользу данной теории очень многочисленны. Этот взрывной рост действительно одним ударом разрешает множество противоречий, порожденных ее предшественницами. Космологическая теория объясняет, почему Вселенная оказалась такой однородной и изотропной по всем направлениям, почему мы живем во Вселенной, где нет магнитных монополей, у которых северный или южный полюс существовали бы отдельно от своих партнеров (что делало бы уравнения электромагнетизма совершенно симметричными) и которые, согласно теории Большого взрыва[6], должны бы окружать нас в немалых количествах.

Но самый веский аргумент вот каков: все данные, собранные в последние тридцать лет, удивительным образом ложатся в предсказания теории.

В известном смысле мы можем наблюдать инфляцию даже сегодня, благодаря удивительной однородности микроволнового космического фона, – этого океана фотонов с очень низкой энергией, которые заполняют собой все пространство и недвусмысленно свидетельствуют о первых мгновениях жизни Вселенной, подобно некоему ископаемому, которое во всех деталях сообщает нам о том, что происходило миллиарды лет назад.

Космический микроволновый фон изучен нами в мельчайших деталях, причем с помощью самых чувствительных инструментов, какие только можно себе вообразить. Если бы наши глаза могли видеть то, что способен наблюдать “Планк” – орбитальная обсерватория, собравшая о нем (о микроволновом фоне) наиточнейшие сведения, нам бы открылась волшебная картина возвышающегося над нами неба. И прежде всего мы бы увидели его невероятную однородность, которую можно объяснить лишь тем, что все, что нас окружает, – это результат расширения одной исчезающе малой точки. Но еще мы бы увидели буйство красок, порождаемое незначительными колебаниями температуры космического излучения: эти‑то колебания и есть реликты квантовых флуктуаций в крошечной сингулярности, из которой все появилось. Если бы мы могли взглянуть на небо глазами “Планка”, то мы бы увидели тот уголок первородной пустоты, который, расширяясь благодаря инфляции сверх всякой меры, и породил в итоге всю нашу Вселенную.

И все же – что такое инфлатон и что именно породило космическую инфляцию? Эта тайна – одна из самых важных для современной физики – остается пока неразгаданной.