Книга Простая сложная Вселенная - Кристоф Гальфар

Таким образом, видимая Вселенная представляет собой сферу с центром на Земле, сферу, состоящую из всего прошлого, достигающего нас сегодня. Наружный край этого космического лука из слоев эпохи, край нашего наблюдаемого прошлого, является также первой видимой его частью, тем моментом истории нашей Вселенной, когда свет, не сдерживаемый материей, стал свободно распространяться. Вы были там. Вы видели эту стену. Вы даже ее пересекли. Но в ней есть что-то особенное. Что-то очень-очень странное, что вы не могли заметить тогда.

Вы помните, что обнаружили ваши друзья, одаренные телескопами за миллиарды долларов, глядя на ночное небо, – то, что заполняющее Вселенную излучение практически такое же, как и в остальных частях глубокого ночного неба, откуда оно берет свое начало. Это излучение, космическое микроволновое фоновое излучение, возвестило триумф теории Большого взрыва. Это было неоспоримое свидетельство, необходимое, чтобы доказать, что наша Вселенная была в прошлом меньше и во много раз горячее. Но ни друзья, ни вы не обратили внимания на тот факт, что излучение было слишком однородным, чтобы соответствовать тому, что ожидается от расширения нашей Вселенной. Как вы теперь видите, эта необыкновенная однородность является одной из причин того, почему ученые выдвинули идею эпохи космологической инфляции, которая имела место раньше – и вызвала – Большой взрыв, за 380 тысяч лет до того, как Вселенная стала прозрачной.

И как вы теперь тоже видите, она открывает путь к возможности не одного, а бесконечно многих больших взрывов.

Попросите всех по соседству выключить ночью свет и сядьте в шезлонг, чтобы посмотреть на небо. Ваши глаза наполнит свет глубокого космоса, космического микроволнового фонового излучения, несмотря на то, что оно слишком слабо, чтобы вы знали о нем. Глядя достаточно долго, с правильным оборудованием, вы регистрируете излучение и в конечном итоге получаете довольно однородную картину, везде показывающую температуру -270,42 °C, или 2,73 градуса выше абсолютного нуля. Теперь возьмите с собой шезлонг и переместитесь в диаметрально противоположное место Земли. Оно называется антиподом. Если вы стартовали откуда-то в Великобритании, то сейчас вы в середине Тихого океана. Никаких огней вокруг. Вы находитесь на плоту, в шезлонге, снова глядя в небо, собирая свет, льющийся на вас после того, как он пропутешествовал по всей Вселенной 13,8 миллиарда лет.

– 270,42 °C, снова.

Точно такая же температура. Космическое микроволновое фоновое излучение.

Но для него нет абсолютно никакой причины оказаться везде одинаковым. На самом деле такая возможность должна быть исключена…

Реликтовое излучение, которое достигло вас в Великобритании, пришло с одного конца видимой Вселенной. То, что поймало вас в Тихом океане, – прямо с противоположного направления. Источники этого света настолько удалены друг от друга (два раза по 13,8 миллиарда световых лет), что, если только что-то странное не произошло на каком-то этапе, нет никакого способа на протяжении всей прошлой истории Вселенной, что они могли когда-либо находиться в контакте.

Таким образом, они не должны иметь одинаковую температуру.

Чтобы понять, насколько странно то, что с ними происходит, возьмите кружку горячего кофе и принесите его в гостиную.

Сначала, если только вы не живете в печке, температура гостиной должна быть ниже, чем у кофе, но, если вы подождете достаточно долго, кружка и комната в конечном итоге сравняются в температуре. То есть достигнут температурного равновесия. Как вы уже много раз замечали на протяжении всей книги, судьба кофе всегда заканчивается тем, что он становится слишком холодным, чтобы быть вкусным.

Теперь возьмите кружку, положите ее в холодильник и закройте дверцу. Новое температурное равновесие также будет достигнуто спустя некоторое время. И даже холоднее первого.

Прогуляйтесь с кофе по какой-нибудь жаркой пустыне, и еще одно равновесие будет достигнуто. На этот раз более теплое.

Все это звучит вполне нормально. Ничего странного.

Теперь налейте себе еще одну кружку горячего кофе и снова поставьте его в гостиной. Очень маловероятно, чтобы он в конечном итоге имел такую же температуру, как и внутри морозильной камеры в Японии.

Два объекта или места, которые никогда не были и не будут в каком-либо контакте, предметы или места, даже не подозревающие о существовании друг друга, не имеют никаких оснований оказаться в итоге имеющими одинаковую температуру. Похоже на справедливое предположение, не так ли? Настолько справедливое, что должно применяться и к космическому пространству.

Чтобы две противоположные, антиподные части ночного неба достигли через 13,8 миллиарда лет раздельного существования абсолютно равной температуры -270,42 °C, они должны были контактировать, так или иначе, на каком-то этапе в прошлом. Но это не представляется возможным: принимая во внимание возраст Вселенной и скорость ее расширения, они слишком удалены друг от друга, чтобы когда-либо соприкасаться любым способом. Если только не произошло какое-то очень-очень странное явление.

Например, что-то, что могло бы двигаться быстрее света.

К сожалению, для сигнала (то есть всего, что может переносить какую-то информацию, независимо от ее формы, из одного места в другое) это невозможно. Мы не говорим здесь о квантовых процессах, так что сигналы, какой бы природы они ни были, не могут распространяться быстрее света. Это действительно запрещено.

Тем не менее температура космического микроволнового фонового излучения такая, какая есть: слишком похожа везде, чтобы быть совпадением. Как такое может быть?

Может оказаться, что пространство-время – сама Вселенная, говоря другими словами – росло быстрее, чем свет, на каком-то этапе в прошлом.

И это то, что вы видели, путешествуя назад во времени за пределы Большого взрыва, когда вы вошли в так называемую эпоху инфляции, когда Вселенная была заполнена инфлатонным полем.

В своей современной форме инфляционная модель ранней Вселенной была впервые предложена в 80-х годах прошлого века американским физиком-теоретиком Аланом Гутом, русским астрофизиком Алексеем Старобинским и русско-американским физиком-теоретиком Андреем Линде. Стандартная модель заключается в том, что давным-давно, еще до появления материи, света и всего, что мы знаем, за пределами видимой Вселенной, за пределами Большого взрыва, существовало поле, заполняющее Вселенную отталкивающей антигравитационной силой. Это поле было настолько необычайно мощным, что вызвало период ускоренного расширения, которое разносило друг от друга различные части ранней Вселенной со скоростью, намного превышавшей скорость света, что позволяет местам, которые сегодня кажутся слишком далекими друг от друга, на самом деле контактировать в прошлом.[59]