Как появилась Вселенная? Большие и маленькие вопросы о космосе

Тёмная и таинственная материя

Хотя теория инфляции красиво объясняет наблюдаемую Вселенную, она всё же не может считаться полностью завершённой. Остаётся несколько неувязок, с которыми надо разобраться, чтобы всё встало на места. Прежде всего, это вопрос о природе инфлатона. Откуда он взялся и куда делся? Играет ли инфлатон какую-либо роль в сегодняшней Вселенной? Некоторые учёные считают, что инфлатон преобразовался в другую космологическую силу – тёмную энергию, сущность, о которой мы поговорим ниже. Пока, однако, эта теория остаётся довольно умозрительной.[24]

Одна из трудностей подтверждения теории инфляции – отсутствие прямых наблюдений, доказывающих реальность ее периода. Возможно, вы сейчас чешете в затылке: «Как же так? Ведь мы начали весь рассказ с вопроса о том, почему Вселенная везде выглядит одинаковой. Разве это не прямое доказательство инфляции?».

Да, это так, но это не решающее доказательство, ведь Вселенная могла попросту родиться вполне гладкой, однородной и повсеместно одинаковой. То же самое можно сказать и о других гипотезах, основанных на идее инфляции, от проблемы отсутствия монополя до проблемы плоской Вселенной. Сейчас у нас нет времени подробно говорить об этом, но вы можете провести много часов, задавая эти вопросы Google. По сути, все наблюдения Вселенной, которые можно использовать в качестве доказательства инфляции, вполне совместимы также и просто с возможностью рождения однородной Вселенной.

Когда в науке появляются конкурирующие идеи, которые одинаково хорошо объясняют одни и те же наблюдения, учёным нелегко сделать выбор. Сначала они должны спросить себя: «Какая из этих идей более правдоподобна?» Чтобы теория инфляции оказалась верной, нам придётся привлечь совершенно неизвестную силу, новую частицу – инфлатон, которая появляется, в корне меняет природу Вселенной и мгновенно исчезает. При этом процесс охлаждения нагретой до сверхвысоких температур первоначальной Вселенной может быть связан с очень сложной физикой, что опять-таки больше похоже на фантазии, чем на науку.

С другой стороны, если принять версию «Вселенная просто такой родилась», придётся представить, что процесс, в ходе которого она начала существовать, каким-то образом обеспечил абсолютную идентичность условий во всех её точках: в точности одинаковую плотность и температуру, в точности одинаковые составляющие частиц и излучения, в точности одну и ту же скорость расширения, однородного во всех направлениях. Как мы уже говорили, учёным очень не по нраву возможность такой «тонкой настройки» Вселенной, ведь малые различия или флюктуации свойств между различными точками пространства выглядят неизбежными. Но, по правде сказать, у нас нет никакого реального представления о том, как рождалась Вселенная и какой физический механизм определил её свойства. Кто знает, может быть, этот космологический акт рождения и стал тем единственным случаем, в котором идеал был достигнут?

Как могут учёные судить о правоте той или иной теории? Для этого нужно всё больше наблюдательных доказательств, которые могут помочь провести различие между двумя идеями. Астрономы сейчас охотятся за одной из таких неопровержимых улик, которые доказали бы, что инфляция и есть причина однородности Вселенной, – за гравитационными волнами, отпечатавшимися в её пространстве. Если инфляционная модель действительно даёт верное описание самой ранней фазы Вселенной, это свидетельство может быть получено всего через несколько лет.

Прежде чем мы закончим… помните малые квантовые флюктуации, которые происходили перед началом инфляции? Они ведь тоже должны были раздуться в масштабах в эпоху быстрого расширения. И, если теория инфляции верна, информация о них записалась в распределении вещества в постинфляционной Вселенной – в виде ряби, наложившейся на распределение плотности идеально однородного космоса. Именно эти малые отклонения плотности, в пропорции 1:10000, и стали семенами, которые позволили гравитации сделать своё дело и стянуть вещество в галактики, звёзды и планеты, окружающие нас сейчас.

Без этих семян ничего бы не было – ни вас, ни меня, ни Земли, ни Солнца, ни Млечного Пути. Мы обязаны своим существованием действию кванта.