Простая сложная Вселенная - Кристоф Гальфар

Именно поэтому появилась идея инфлатонного поля.

Но реально ли оно? Можем ли мы, как и в случае со всеми другими квантовыми полями, обнаружить некоторые из его фундаментальных частиц?

Если поле реально, то большинство его частиц должны были давным-давно исчезнуть (вызвав горячий Большой взрыв), но оно не могло стереться полностью. Так или иначе, инфлатонное поле все еще должно существовать вокруг, заполняя всю Вселенную, сохранившись в одной из своих обладающих наименьшей энергией форм, вакууме, который, как раз из-за отсутствия достаточного количества энергии вряд ли когда-либо возбудится достаточно, чтобы произвести на свет и показать нам свои частицы.

Инфлатоны, так называются его частицы, не обнаружены (пока). Тем не менее многие ученые убеждены в том, что какой-то сценарий инфляционной модели с ее инфлатонным полем должен довольно близко напоминать произошедшее на самом деле. И так как мне лично эта идея очень сильно нравится, то давайте отнесемся к ней серьезно и посмотрим, какой должна была бы быть история Вселенной, содержащей такое поле.

Инфлатонное поле первым проделало очень хорошую работу по разделению различных частей нашей видимой Вселенной так быстро, что с тех пор они никогда не вступали в контакт – и, вероятно, никогда больше не вступят, – хотя он и был в прошлом.

Затем последовал Большой взрыв, со всеми своими полями, частицами и переносчиками взаимодействий, возникших из колоссального объема энергии, выделенной распадающимся инфлатонным полем, которое впоследствии стало спокойным.

Затем началось расширение Вселенной. Нормальное расширение. Не сверхбыстрая инфляция.

Инфлатонное поле не исчезло полностью, но слишком значительная часть его энергии была использована для запуска Большого взрыва, и оно после не оказывало никакого влияния на что-либо вплоть до момента… 8 миллиардов лет спустя.

8 миллиардов лет после Большого взрыва, после 8 миллиардов лет устойчивого роста нашей Вселенной, материи, которую породило инфлатонное поле, оказалось достаточно для того, чтобы его вакуум вновь проснулся с драматическими последствиями: его антигравитационная сила вызвала ускоренное расширение Вселенной.

Экспериментальное обнаружение этого ускорения в 1998 году стало тем, за что Перлмуттер, Шмидт и Рисс в 2011 году были удостоены Нобелевской премии по физике.

Конечно, способ, которым инфлатонное поле влияет на поведение Вселенной в настоящее время, ничто по сравнению с тем, как оно разнесло все в разные стороны до Большого взрыва, во время эпохи инфляции. Тем не менее оно может отвечать за то, какое будущее ожидает нашу реальность.

Антиподные части Вселенной, как видно с Земли, теперь слишком далеко, чтобы когда-либо быть в контакте, но он случился до Большого взрыва. Поэтому у антиподных частей ночного неба есть все основания вести себя похожим образом.

Итак, не является ли это появление нового поля, инфлатонного поля, просто выходом из головоломки, хитрым трюком для объяснения того, почему диаметрально противоположные точки на ночном небе имеют одинаковую температуру, или же инфляция на самом деле существовала? И возможно ли это проверить?

Удивительно, но возможно.

Некоторое время назад вы проводили эксперимент с котом. Котом Шредингера. Целью было найти метод, чтобы выразить странное микроскопическое квантовое поведение в макроскопической, наблюдаемой реальности. Ну хорошо, инфляция его тоже иллюстрирует. И никакой необходимости в коте тут нет.

Согласно хронологической шкале, как вы только что видели, эпоха инфляции происходила до Большого взрыва. Инфлатонное поле превратилось из того, что было чрезвычайно крошечной Вселенной, в нечто макроскопическое за невообразимо малое время.[60] Затем инфлатонное поле и его фундаментальные частицы (инфлатоны) распались в чистую энергию согласно уравнению E = mc2. Выделилось огромное количество энергии, и Вселенная стала невероятно горячей. Именно так, как понимается теперь, начался (горячий) Большой взрыв (в рамках такого сценария), возбудив поля, которые позже стали тем, из чего возникли мы и все остальное, существующее сегодня.

В эпоху инфляции скорость расширения Вселенной была настолько необычайной, что все квантовые флуктуации (колебания), которые могли случиться (а значит, случились), застыли одна за другой. Еще более необычно, что эти «замороженные» флуктуации можно увидеть сегодня в том достаточно точном изображении, полученном учеными из реликтового излучения.

Инфляция предрекла невероятную гладкость заполняющего Вселенную реликтового излучения. Но это одна из причин, почему инфляция была создана в первую очередь. То есть на самом деле не предсказание.

Но она также говорит, что должны наличествовать квантовые флуктуации, запечатленные на этом фоне излучения в виде крошечных разнонаправленных перепадов температур. Такие перепады называют анизотропией.

Это был неизвестный факт, и тем не менее такие флуктуации обнаружились: американские астрофизики Джордж Фицджеральд Смут и Джон Мазер разделили в 2006 году Нобелевскую премию по физике за экспериментальное обнаружение необыкновенной однородности реликтового излучения и содержащейся в нем анизотропии.

Эта анизотропия составляет порядка тысячной доли градуса по Цельсию, но она важна. Даже полагают, что она позже вызвала образование звезд и галактик.

Без нее Вселенная была бы однородной. Звезды никогда не смогли бы сформироваться.

Благодаря этим флуктуациям появились крошечные различия между разными местами нашей юной Вселенной, а затем гравитация сделала эти различия еще более выраженными, усилив их, создав звезды и все другие структуры космоса.

Итак, инфляция снова смешивает микромир с мегамиром, раз проходит весь путь от квантовых флуктуаций на самой ранней стадии развития Вселенной до рождения в ней структур, которые мы видим сегодня. Она даже намекает на то, чем может быть таинственная темная энергия, так как эта антигравитационная сила могла исходить из остаточной энергии вакуума инфлатонного поля.

Инфляция потенциально объясняет многое необъяснимое в космическом пространстве. Поэтому ее нужно рассматривать очень серьезно. И раз уж мы коснулись этой темы и я упомянул о довольно озадачивающих последствиях такого сценария, то вот они.

Как понимается сегодня, инфлатонное поле не может в действительности оставаться спокойным. Оно не может быть «одноразовым» полем, появившимся только однажды, при рождении Вселенной. На самом деле, как предполагается, оно вызвало не один Большой взрыв, а много. Бесконечное количество.