Предчувствия и свершения. Книга 3. Единство

Но, в отличие от первоначальной гипотезы де Ситтера, решение Старобинского показало, почему и как постепенное уменьшение плотности энергии в расширяющейся Вселенной приводит к переходу от де ситтеровской стадии к классической фридмановской стадии, при которой гравитационные силы постепенно уменьшают скорость расширения Вселенной, а квантовые поправки становятся исчезающе малыми.

Старобинский отмечает, что в шестидесятых и семидесятых годах уже были попытки возродить идеи де Ситтера. Однако они исходили из необоснованных предположений и не приводили к результатам, допускающим проверку опытом. Из теории Старобинского следует, что при переходе от ускоренного расширения к замедляющемуся происходит интенсивное рождение гравитонов. Они рождаются в таком количестве, что представляется вполне реальным обнаружение реликтовых гравитационных волн, родившихся много раньше, чем реликтовое электромагнитное излучение. Для этого, конечно, следует увеличить чувствительность детекторов гравитационных волн, применяемых сейчас и разработанных с целью обнаружения гравитационных волн, приходящих из космоса.

Очень важно, что Старобинский ориентировал физиков-экспериментаторов и астрофизиков на подготовку опыта, способного подтвердить или опровергнуть его теорию. Так возникла третья возможность экспериментальной проверки теории Большого взрыва, проверки того, какой была Вселенная во времена, когда ее возраст не достиг 10^-35 секунд.

Таким образом, Старобинский показал, что учет квантовых поправок действительно освобождает теорию от необоснованного представления о том, что эволюция Вселенной начинается из нулевого объема под действием неведомых науке сил, которые рождают ее в состоянии быстрого взрывоопасного расширения из нулевого объема. Теперь стало понятным, что Вселенная могла первоначально иметь конечный (не нулевой) объем. Она была выведена из него вследствие присущих материи квантовых свойств, порождавших, в условиях крайне высокой плотности, силы, вызывающие ускоренное расширение Вселенной.

Чем же подход Старобинского отличается от взгляда де Ситтера и от стандартного сценария эволюции Вселенной? Де Ситтер считал Вселенную изначально пустой. Стандартный сценарий исходит из раскаленной сверхплотной мешанины элементарных частиц.

Учет квантовых поправок к решению уравнений Эйнштейна показал, что Вселенная была первоначально заполнена поляризованным вакуумом. Это новый для нас тип вакуума. Его эффективное отрицательное давление вызывало ускоренное расширение Вселенной. В ходе этого расширения поляризованный вакуум распадался, порождая элементарные частицы, обладающие огромными энергиями. Плотность и температура элементарных частиц постепенно увеличивалась. По мере распада поляризованного вакуума его давление уменьшалось, поэтому постепенно прекращалось и увеличение скорости расширения Вселенной. К моменту, когда поляризованный вакуум полностью распался, эволюция Вселенной перешла к этапам, описываемым кадрами стандартного сценария: Вселенная, состоящая из раскаленной мешанины элементарных частиц, расширяется «по Фридману», причем скорость расширения медленно уменьшается под действием силы гравитации.

Исходный вариант модели Старобинского позволял устранить большинство из перечисленных выше трудностей стандартной модели. Однако некоторые из них оставались. Например, уравнения говорили, что вторичное разогревание исходной горячей Вселенной Фридмана превышало 10 К настолько, что при последующем охлаждении, когда разрушалось Великое объединение, должны были в больших количествах рождаться магнитные монополи. Однако это не соответствует действительности. Вычисления, проведенные в рамках этой модели, показали, что неоднородности плотности, возникающие при переходе от первого этапа быстрого расширения к горячей модели Фридмана, тоже получаются слишком большими.

Трудности, возникавшие в первом варианте модели Старобинского, устранены в ходе ее последующего уточнения. Это потребовало введения в уравнения дополнительного члена. Такого, что отношение кривизны пространства к исходной массе поля входит в него не в первой степени, а в квадрате. А это позволяет описать процесс первоначального быстрого расширения Вселенной и ее последующего разогрева так, что разогревание Вселенной к началу фридмановской стадии превосходит 10²⁷ К, то есть не достигает температуры, три которой рождаются магнитные монополи и стенки доменов. Это снимает главную из трудностей первого варианта модели Старобинского.