Стивен Хокинг. Непобедимый разум

Что-то в таком роде, вероятно, происходило, когда остывала вселенная. Часть вещества начала переходить в новое состояние, с более низким уровнем энергии, высвобождая при этом отрицательную гравитацию, центробежную силу, которая и вызвала стремительно ускоряющееся расширение – инфляцию. Но – возвращаясь к нашей шляпе – ведь не все шарики катятся разом. Как и куда они покатились, как быстро, как перевалили с вершины шляпы (или провалились вовнутрь) – эти вопросы уже десятки лет мучают космофизиков. Но в одном почти все согласны: инфляция имела место. Инфляция вошла в “стандартную модель”.

Еще одно нужное нам выражение – “фазовый переход”. Повседневный пример фазового перехода – замерзание воды (кстати, тут тоже происходит нарушение симметрии). Понизьте достаточно быстро температуру, и образуются ледяные кристаллы. Вместо одинаковой во все стороны воды – нечто уже не столь симметричное. Каждый кристалл занимает определенное положение – такое, а не другое, – и кристаллы выстраиваются в определенном направлении – таком, а не другом. Симметрия нарушается. Но если понижать температуру воды очень осторожно, то удастся проскочить точку замерзания без образования льда, без нарушения симметрии. Это называется “сверхохлаждение”. В природе это происходит, если зимой идет дождь – капли остаются жидкими, проходя через воздух, хотя воздух и холоднее точки замерзания, но стоит капле удариться о дерево или о мостовую, как она тут же замерзает.

Теория Алана Гута основывается на предположении, что сразу после Большого взрыва вселенная была очень горяча, все частицы двигались на большой скорости, с огромными запасами энергии. Четыре силы природы, которые мы перечислили в главе 2, – гравитация, электромагнетизм, сильные ядерные взаимодействия и слабые ядерные взаимодействия – в тот момент были все вместе, не дифференцировались и составляли одну сверхсилу. Вселенная слегка расширилась, слегка остыла. Немного уменьшилась энергия частиц, и, по мере того как вселенная остывала, силы высвободились и отделились друг от друга. Их первоначальная симметрия нарушилась. Одна за другой они “замерзали”. Это случилось не одномоментно, поскольку происходило сверхохлаждение. Это было похоже на фазовый переход, и какие-то части вселенной прошли его в виде “пузырей”, то есть в них тоже температура упала ниже какого-то “нуля” (аналогичного точке замерзания воды), но симметрия сил не была нарушена. В результате вселенная вошла в нестабильное состояние сверхохлаждения с бо́льшим запасом энергии, чем остался бы у нее, если бы уже была нарушена симметрия сил.

Пузыри, шарики, шляпы, замерзающая вода… проще говоря, поясняет Хокинг, суть теории инфляции сводится к тому, что в этот краткий промежуток времени все области вселенной – и те, где частиц оказалось больше среднего, и те, где их было меньше, – расширялись с невероятной скоростью, превышавшей скорость света. Даже там, где частиц скопилось больше среднего и, казалось бы, сила всемирного тяготения должна была бы притянуть их друг к другу, она не успевала этого сделать. Частицы вселенной удалялись друг от друга, и состояние вселенной изменилось: вселенная все еще расширялась, но ее частицы оказались далеко друг от друга. Расширение сглаживало нерегулярности, то есть современный вид вселенной, единой и схожей по всем направлениям с любой наблюдательной точки, мог развиться из самых разных начальных состояний. Скорость расширения оставалась близка к критической, и таким образом решается “проблема плоскостности” – и для этого не требуется единственная точно подобранная начальная скорость[182].

Но каким же образом расширение вновь замедлилось? Подобно каплям дождя, которые пытаются остаться жидкими, но вынуждены в итоге замерзнуть, вселенная тоже должна была завершить временно приостановленный фазовый переход. Гут предполагал, что при суперохлаждении в среде ненарушенной симметрии формируются пузыри нарушенной симметрии, и эти пузыри растут, соединяются друг с другом, и так постепенно вся система переходит в новое состояние нарушенной симметрии, и дальше вселенная расширяется примерно так, как мы это наблюдаем теперь.

В этой теории имелся один существенный изъян. Пузыри расширялись бы так быстро, что сталкивались бы друг с другом, и в результате возникали бы нерегулярности, плотность повсюду оказалась бы разной, скорость расширения в одной части вселенной заметно отличалась бы от скорости в другой. Из такого состояния никогда бы не возникла наша вселенная.