Вселенная Стивена Хокинга - читать онлайн книгу. Автор: Стивен Хокинг cтр.№ 35

В наше время инфляционного расширения Вселенной не происходит. Следовательно, должен существовать какой-то механизм «утилизации» большой эффективной космологической постоянной и изменения характера расширения с ускоренного на современный, который замедляется гравитацией. Естественно ожидать, что в какой-то момент при инфляционном расширении симметрия сил нарушится – так же, как переохлажденная вода в конце концов замерзает. При этом высвободится избыточная энергия состояния с ненарушенной симметрией, что приведет к нагреванию Вселенной до температуры чуть ниже критического значения, соответствующего симметрии взаимодействий. Вселенная продолжит расширяться и остывать, как в модели горячего Большого взрыва, а у нас будет объяснение, почему Вселенная расширялась в точности с критической скоростью и почему температура в разных областях была одинакова.

Согласно исходной гипотезе Гута, фазовый переход произошел внезапно – совсем как кристаллы льда возникают в переохлажденной воде. Он предположил, что «пузырьки» новой фазы с нарушенной симметрией возникали еще в старой фазе, подобно пузырькам пара, окруженным кипящей водой. Расширяясь, они соединялись друг с другом, пока вся Вселенная не перешла в новую фазу. Проблема состояла в том, что, как отмечал я и некоторые другие исследователи, скорость расширения Вселенной выходила такой большой, что даже если бы пузырьки росли со скоростью света, то и тогда они разлетались бы друг от друга и не могли соединиться. Вселенная тогда пришла бы в весьма неоднородное состояние: в отдельных ее областях по-прежнему сохранялась бы симметрия между разными взаимодействиями. Такая модель расходилась бы с наблюдениями.

В октябре 1981 года я отправился в Москву на конференцию по квантовой гравитации. После конференции я провел семинар по инфляционной модели и связанными с ней проблемами в Астрономическом институте имени Штернберга ^[34]. До этого мне приходилось просить кого-нибудь прочесть мою лекцию вместо меня, потому что большинство присутствующих не могли разобрать мой голос. Но в этот раз на подготовку семинара не было времени, так что мне пришлось все рассказывать самому, а один из моих аспирантов повторял мои слова. Вышло замечательно, и я чувствовал контакт с аудиторией. Среди слушателей был Андрей Линде – молодой ученый из московского Физического института имени Лебедева ^[35]. Он заметил, что проблема пузырьков, которые не могут объединиться, станет неактуальна, если предположить, что пузырьки эти настолько велики, что один вмещает всю нашу область Вселенной. Для этого необходимо, чтобы переход от симметричного состояния к состоянию с нарушенной симметрией внутри пузыря происходил очень медленно, а это вполне допускают великие теории объединения. Идея Линде о медленном нарушении симметрии была хороша, но позже я понял, что его пузыри должны были превышать Вселенную по размеру в соответствующий момент! Я также показал, что симметрия к этому моменту должна нарушиться везде, не только внутри пузырей, и результатом должна быть однородная Вселенная – как раз такая, какую мы наблюдаем. Эта идея меня очень взволновала, и я рассказал о ней моему аспиранту Яну Моссу. Позднее из научного журнала мне прислали статью Линде с просьбой дать отзыв о возможности ее публикации, и будучи другом автора, я оказался в весьма неловком положении. Отвечая на письмо, я отметил неточность в оценке размеров пузырей – которые должны быть больше Вселенной, – однако указал, что в остальном идея о медленном нарушении симметрии очень хороша, и рекомендовал статью к публикации в исходном виде. Ведь Линде потребовалось бы несколько месяцев, чтобы исправить ее, так как все, что он посылал на Запад, проходило советскую цензуру, а цензоры научных статей не отличались ни квалификацией, ни расторопностью ^[36]*. Научной справедливости ради, совместно с Яном Моссом я написал короткую статью в тот же журнал, где обратил внимание на выявленную проблему и показал, как ее можно решить.

На следующий день после возвращения из Москвы я отправился в Филадельфию, где мне должны были вручить медаль Франклина – от Института Франклина. Мой секретарь Джуди Фелла задействовала все свое обаяние – которым совсем не была обделена, – чтобы убедить руководство British Airways предоставить нам два бесплатных билета на «Конкорд» в качестве рекламной акции. Но из-за сильного дождя я задержался и опоздал на самолет. Тем не менее я в конце концов добрался до Филадельфии и получил свою медаль. Потом меня попросили провести в Дрексельском университете в Филадельфии семинар на тему инфляционной Вселенной, и это мероприятие я спланировал так же, как и московское.

Независимо от Линде через несколько месяцев очень похожую идею высказали Пол Стейнхардт и Андреас Альбрехт из Пенсильванского университета. Теперь их вместе с Линде считают создателями так называемой «новой инфляционной модели», основанной на идее медленного нарушения симметрии. (Старая инфляционная модель – это исходная гипотеза Гута о быстром нарушении симметрии с образованием пузырей.)

Новая инфляционная модель была хорошей попыткой объяснить, почему Вселенная такова, какова она есть. Но я – и ряд других исследователей – показали, что как минимум в ее исходном виде она предсказывает куда бо́льшие флуктуации температуры реликтового фона, чем те, что реально наблюдаются. Результаты последующих исследований также поставили под сомнение возможность фазового перехода требуемого типа в очень ранней Вселенной. Я лично считаю, что новая инфляционная модель как научная теория уже умерла, хотя многие, похоже, ничего не слышали о ее конце и продолжают писать статьи, как если бы она оставалась жизнеспособной. В 1983 году Линде предложил более реалистичную теорию под названием «хаотичная инфляционная модель». В ней нет фазового перехода и переохлаждения: их замещает поле с нулевым спином, которое из-за квантовых флуктуаций оказывается очень сильным в некоторых областях ранней Вселенной. В этих областях энергия поля ведет себя подобно космологической постоянной и проявляет себя как гравитационное отталкивание, тем самым заставляя соответствующие области расширяться инфляционным образом. По мере их расширения энергия поля в этих областях медленно уменьшается, пока инфляционное расширение не сменится расширением по типу модели горячего Большого взрыва. Одну из этих областей мы знаем как нашу Вселенную. Эта модель обладает всеми достоинствами более ранних инфляционных моделей, но не зависит от сомнительного фазового перехода и к тому же может порождать разумных размеров флуктуации температуры реликтового излучения, которые согласуются с наблюдениями.

Работа с инфляционными моделями показала, что современное состояние Вселенной могло быть продуктом ряда самых разных начальных конфигураций. Это важно – ведь, как следствие, начальное состояние части Вселенной, которую мы занимаем и наблюдаем, не нужно было тонко настраивать и тщательно подбирать. Так что мы можем, если пожелаем, применить слабый антропный принцип, чтобы объяснить, почему Вселенная именно такая, какой мы ее видим сегодня. Но разумеется, было бы неверно утверждать, что любая начальная конфигурация должна эволюционировать во вселенную, подобную нашей. Для примера стоит рассмотреть совершенно другое состояние современной Вселенной – клочковатое и неоднородное. Используя законы физики, нам под силу просчитать эволюцию такой вселенной назад во времени и определить ее конфигурацию в более ранние эпохи. Согласно теоремам о сингулярности классической общей теории относительности у истоков такой вселенной вполне могла стоять сингулярность типа Большого взрыва. Если рассчитать эволюцию такой вселенной вперед по времени в соответствии с известными законами, получатся заданные клочковатость и неоднородность. Таким образом, начальные конфигурации, не ведущие ко вселенной, похожей на нашу, должны были существовать. Стало быть, даже инфляционная модель не позволяет понять, почему начальная конфигурация не смогла породить нечто, отличное от наблюдаемой нами Вселенной. Следует ли обратиться к антропному принципу за объяснением? Неужели это все счастливое стечение обстоятельств? Это был бы ответ отчаявшегося, оставившего всякую надежду понять порядок, лежащий в основе космоса.