Стивен Хокинг. Жизнь среди звезд

Но и без Создателя загадок без ответов оставалось еще предостаточно. Уже в 1981 году внимание Хокинга и его коллег переключилось на следующую задачу: как крошечный зародыш Вселенной раздулся до нынешних исполинских размеров?

* * *

Вопрос о том, как Вселенная стала такой большой, становился все насущнее на протяжении 1970-х годов. Пока все считали, что Большой Взрыв – это просто модель, с которой можно играть, конкретные механизмы никого не заботили. Но когда накопилось достаточно данных в пользу того, что эта модель хорошо описывает реальную Вселенную, назрела острая необходимость объяснить, из-за чего, собственно, эта модель – а значит, и Вселенная – живет и растет.

Перед космологами 1970-х годов стояли две задачи, которые они тогда еще были не в состоянии решить. Во-первых, почему Вселенная такая однородная, почему она в среднем одинакова по всем направлениям пространства и, в частности, почему температура фонового микроволнового излучения одинакова во всех направлениях? Во-вторых, Вселенная находится в очень тонком равновесии на грани между замкнутостью наподобие черной дыры и открытостью, то есть вечным расширением. В терминах искривления пространства Вселенная на удивление плоская. Но почему?

Если исходить исключительно из ОТО, нет никаких причин, мешающих Вселенной быть, скажем, гораздо сильнее искривленной, а тогда после Большого Взрыва Вселенная расширялась бы совсем недолго, после чего ей пришлось бы коллапсировать, а звезды, планеты и люди просто не успели бы возникнуть. Космологи подозревали, что гладкость и плоскость Вселенной говорит нам что-то фундаментальное о природе Большого Взрыва, но никто не понимал, что именно, пока молодому ученому из Корнельского университета Алану Гуту не пришла в голову свежая мысль.

Предположение Гута называется теорией инфляции и основано на квантовой физике. Гут предположил, что в первый миг после начала вакуум Вселенной был высокоэнергичен – согласно законам квантового мира – но нестабилен. Аналог такого высокоэнергичного состояния – емкость с водой, которая медленно и плавно остывает до температуры ниже 0 °C. Такое супер-остывание возможно, если остужать воду очень осторожно, однако его результат нестабилен. Достаточно легчайшего колебания – и вода превратится в лед и при этом испустит энергию (когда какое-то количество воды замерзает, испускается точно такое же количество энергии, которое необходимо, чтобы растопить ледяной куб соответствующего размера при 0 °C).

Но на этом аналогия со льдом теряет смысл, поскольку, пока Вселенная остывала с состояния возбужденного вакуума до сегодняшнего состояния стабильного вакуума, высвободилось столько энергии, что Вселенная вовсе не замерзла, а стала сверхгорячей и некоторое время расширялась сверхбыстро. По гипотезе Гута, за крошечную долю секунды область пространства размерами меньше протона (но битком набитая энергией) инфляционно раздулась примерно до объема грейпфрута. После этого инфляция исчерпала себя, и огненный шар размером с грейпфрут стал равномерно расширяться согласно стандартной модели Большого Взрыва и за следующие 15 миллиардов лет превратился в нынешнюю видимую Вселенную.

Согласно теории инфляции, Вселенная так однородна, поскольку развилась из такого крошечного зародыша, что в нем буквально не было места для неправильностей. А еще из уравнений следует, что процесс инфляции сделал пространство плоским. Лучше всего сравнить это с морщинистой поверхностью чернослива – совсем не плоской. Но если размочить чернослив в воде, он набухнет, поверхность натянется, и все морщинки сгладятся. А теперь представьте себе черносливину размером с протон – и как она у вас на глазах раздувается до размеров грейпфрута: тогда вам станет понятно, почему пространство сегодня такое плоское.

Гут предложил инфляционную модель в 1980 году, и с тех пор она усиленно совершенствовалась и дорабатывалась. На протяжении 1980-х Хокинг участвовал в этой работе, помогал восполнять те или иные детали, однако в основном эту гипотезу развивал советский ученый Андрей Линде. Результаты некоторых ранних работ Линде независимо получили Пол Стейнхардт и Андреас Албрехт из Пенсильванского университета. Как мы узнаем из главы 15, первые версии инфляции изменились до неузнаваемости в результате новых открытий, из которых складывается великолепная новая картина происхождения и эволюции не только нашей Вселенной, но и совокупности вселенных – мультивселенной. Здесь Хокинг тоже сыграл свою роль. И с тех пор премии и награды так и посыпались на того, кому еще недавно была «очень кстати» скромная премия Фонда исследований гравитации.

Глава 12 Сверхновая научного мира