Предчувствия и свершения. Книга 3. Единство

Но при огромных плотностях энергии, о которых только что говорилось, законы классической физики уступают место законам квантовой физики. А эти законы допускают самопроизвольный переход энергии за пределы энергетического барьера (вала кратера в нашей модели). Она уходит словно сквозь туннель. В результате такого туннельного перехода небольшие области ложного вакуума оказываются за пределами барьера на наружной поверхности модели.

Процесс туннелирования не следует представлять себе как образование реального туннеля, сквозь который затем начинает протекать содержимое кратера, как вода через отверстие в стенке бака. Процесс туннелирования — это особый квантовый процесс, при котором небольшая порция содержимого кратера исчезает внутри его и возникает вне его. Аналогично происходит, например, радиоактивный распад ядер атомов.

В сценарии Гуса ложный вакуум исчезает внутри кратера малыми порциями. Одновременно эта часть ложного вакуума возникает на внешней стенке вала кратера, возникает за барьером. Эту часть можно представить себе пузырьком ложного вакуума. Но здесь, за барьером, хиггсовское поле существенно отлично от нуля. Поэтому симметрия внутри пузырька оказывается сильно нарушенной. Впрочем, это нарушение возникало и слабо росло еще внутри кратера, когда порция ложного вакуума удалялась от оси кратера к его внутренней стенке, перед тем как пройти сквозь барьер и образовать вне его пузырек.

Родившийся вне кратера пузырек ложного вакуума начинает быстро, со все ускоряющейся скоростью расти, раздуваться, одновременно превращаясь в истинный вакуум так, что плотность энергии в нем быстро уменьшается. На нашей модели это изображается быстрым скатыванием раздувающегося пузырька по внешней поверхности шляпы в кольцевой ров, образованный полями шляпы.

Дно этого рва соответствует истинному вакууму, в который обратится весь пузырек ложного вакуума в конце этого процесса. Объем пузырька при этом колоссально возрастает. Во время раздувания пузырька происходит фазовый переход из симметричного состояния в несимметричное, разрушается Великое объединение.

Расчеты показывают, что темп расширения пузырька увеличивается так быстро, что его диаметр удваивается каждые 10-34 с. Именно это имеют в виду, говоря об инфляционной фазе или раздувании Вселенной. Согласно этой модели раздувание продолжалось всего 10-32 с, но диаметр Вселенной, рождающейся из такого пузырька, за это ничтожное время увеличился более чем в 1050 раз. К концу этого расширения окончательно устанавливается фаза с нарушенной симметрией. В течение фазового перехода, как и при обычном фазовом переходе, колоссальная плотность энергии ложного вакуума выделялась в форме скрытой теплоты перехода, что сопровождалось рождением огромного числа частиц, в которых сосредоточилась выделившаяся энергия. Эти частицы обладали очень высокой температурой и находились в состоянии термодинамического равновесия между собой и с полем, заполняющим пузырек.

В сценарии Гуса, как и в сценарии Старобинского, снимается ряд трудностей стандартной модели. В процессе быстрого и сильного раздувания пространственная структура Вселенной становится практически плоской. А так как Вселенная рождается из маленького пузырька, помещающегося в пределах горизонта событий, то после его раздувания до современных размеров не возникает сомнения в существовании причинно-следственных связей, характеризуемых однородностью реликтового излучения. Сценарий Гуса объясняет отсутствие или крайнюю редкость магнитных монополей: если они и рождаются, то в результате раздувания они теперь окажутся в недостижимом удалении от нас. После подробного анализа Гус пришел к выводу, что его сценарий не только устраняет ряд дефектов стандартного сценария, но и приводит к новым трудностям. Например, вся энергия ложного вакуума, первоначально заполнявшего пузырек, оказывается сосредоточенной в его стенках. А стенки раздуваются со скоростью, близкой к скорости света. Из-за столкновений стенок отдельных раздувающихся пузырьков Вселенная разогревается. А это должно привести к сильной неоднородности Вселенной и к образованию магнитных монополей внутри ее наблюдаемой части, что противоречит результатам астрономических наблюдений.

Возможность преодоления основных трудностей стандартной модели расширения Вселенной привлекла к сценарию Гуса многих физиков. Они искали пути преодоления новых трудностей, возникающих в этом сценарии. К 1983 году в статье Гуса и Э. Вайнберга был подведен итог этих попыток. Итог сводился к тому, что дефекты сценария Гуса неустранимы.

В октябре 1981 года А. Д. Линде и независимо в январе 1982 года А. Альбрехт и Р. Стейнхард опубликовали результаты своих исследований, в которых сценарий раздувающейся Вселенной изменен так, что в нем не возникает трудностей, погубивших сценарий Гуса.