Величайшая из рассказанных историй - Часть 1

Спасибо всем, кто высказал заинтересованность в переводе этого цикла от Этана Зигеля! Попробуем продолжить этот цикл, не знаю уж, как быстро смогу его переводить, наберитесь терпения.

Этан Зигель,

Величайшая из рассказанных историй

- Часть 6

Чем больше я изучаю Вселенную и детали ее устройства, тем больше я убеждаюсь,

что она в каком-то смысле должна была знать, что появимся мы.

- Фриман Дайсон (Freeman Dyson)

Когда мы смотрим на Вселенную, мы видим, что вся ее красота распределена относительно равномерно в пространстве, от галактик и скоплений галактик:

до космического реликтового излучения фона (иногда называемого последней рассеивающей поверхностью), одной температуры, распространяющегося по всем направлениям.

Мы также видим, что когда мы пытаемся определить форму Вселенной, могут существовать всего три варианта - она может быть плоской, положительной (сфера) или отрицательной (седло) кривизны.

Проведя измерения, мы понимаем:

1.) У Вселенной, в среднем, одинаковые свойства по всем направлениям - некоторая средняя плотность, средняя температура, среднее число галактик и т.д., несмотря на то, что эти области разделены миллиардами миллиардов световых лет.

2.) В больших масштабах Вселенная оказывается совершенно пространственно плоской, не обнаруживая никаких признаков общей кривизны - положительной или отрицательной.

Мы - любопытные создания, и всегда задаем вопрос - почему? Почему Вселенная одинаковая по всем направлениям, когда не существует никаких причин к тому, чтобы она не могла обладать разными свойствами в разных местах? Почему Вселенная пространственно плоская, когда даже небольшое изменение в общей плотности материи или коэффициенте расширения дало бы нам искривленную Вселенную? Физики называют эти проблемы проблемой горизонта и проблемой плоскости, и вообще говоря, это два главных аспекта, которые не может объяснить теория Большого Взрыва.

В 1979 году, молодой физик-теоретик Алан Гут (Alan Guth) (вверху, в центре) предложил теорию, которая могла бы объяснить обе проблемы, и которая объясняла, что происходило до Большого Взрыва! Его грандиозная идея была теорией инфляции, которая говорила примерно следующее. Представьте, что у Вселенной разные свойства в разных местах. Некоторые области могут расширяться, некоторые - сужаться, некоторые могут быть стационарны. У некоторых областей может быть положительная кривизна, у некоторых - отрицательная, некоторые могут быть плоскими. В некоторых областях может быть много материи, в некоторых - мало или совсем нет материи. Некоторые области очень, очень горячие, некоторые - температурой практически до абсолютного нуля.

Другими словами, неважно, какие были начальные условия во Вселенной. Важно, что в одной точке в пространстве, в одной из этих областей, существовали условия, нужные для начала инфляции, которая экспоненциально расширит эту область пространства.

В течение крошечной доли секунды инфляция может раздуть область размером с протон в миллиарды раз, до размера всей видимой Вселенной. Существуют три важных вывода из этой теории.

Во-первых, решается проблема горизонта. Если вы возьмете очень маленькую область с одинаковой температурой, плотностью и коэффициентом расширения, и расширите ее до размера Вселенной, внезапно окажется, что у вашей Вселенной та же температура, плотность и коэффициент расширения. Проблема номер 1 решена.

Во-вторых, неважно, какова форма Вселенной до начала инфляции - она придет и просто сделает Вселенную такой большой, что с нашими инструментами нам наша Вселенная покажется плоской.

В этом смысле, если бы на Земле вы видели только до расстояния 100 метров, вы бы не смогли установить, что она искривлена в виде сферы, и Земля казалась бы вам плоской. Вселенная кажется нам плоской именно по этой причине.

Но последняя (важная) вещь - инфляция никогда не наблюдалась до того момента, пока ее не обосновали теоретически. Квантовая механика говорит нам о том, что пустое пространство в действительности не совершенно пусто- оно полно частиц (материи) и античастиц (антиматерии), которые постоянно создаются, живут какое-то время, встречаются снова и аннигилируют. Все это происходит в очень короткое время, и обосновывает эффект Казимира (Casimir).

Когда происходит инфляция, пары частица-античастица внезапно разрываются по всей Вселенной во время экспоненциального расширения. И вместо действительно однородного космоса получаются легкие флуктуации - повышенной плотности в одних областях и пониженной плотности в других - которые являются следствием этих квантовых эффектов расширяющейся Вселенной. В 80х годах инфляция предсказывала, как должны выглядеть эти флуктуации, а в 2003 году, измерения микроволнового фона WMAP наконец-то дали требуемую точность.

И все это случилось до Большого Взрыва. Были ли это первые 10-35 секунд Вселенной? Возможно, но вполне может быть, что Вселенная существовала миллиарды лет до инфляции или не существовала вовсе. Также возможно, что время тогда не имело такого же значения, как потом. Независимо от того, как это случилось, инфляция мешает нам в одном - она совершенно стерла все, что было во Вселенной до ее начала!

Вот наша исходная точка в Величайшей из рассказанных историй. Инфляция - первое, о чем мы можем говорить более-или менее со знанием дела, и она устанавливает все нужные нам условия - включая плоскую, однородную Вселенную с правильными флуктуациями - чтобы начать ее с Большого Взрыва!