Вечность. В поисках окончательной теории времени

Именно в этом и заключается суть проблемы горизонта: как эти разнесенные далеко в стороны точки узнали, к какому общему состоянию им нужно прийти? Несмотря на то что все они находятся в пределах нашего космологического горизонта, их собственные горизонты куда меньше, поскольку сами точки намного ближе к Большому взрыву. Сегодня вычисление размера космологических горизонтов для подобных точек (в предположениях традиционной модели Большого взрыва) — стандартное упражнение для аспирантов, изучающих космологию; и ответ таков, что у точек, расстояние между которыми на небе составляет более одного градуса, горизонты вообще не пересекаются. Другими словами, в пространстве—времени нет таких событий, которые бы принадлежали прошлому всех этих разных точек, и не существует способа, при помощи которого они могли бы обменяться какими-либо сигналами.[267] Тем не менее физические условия во всех них практически идентичны. Как такое возможно?

Это сравнимо с тем, как если бы вы попросили несколько тысяч людей выбрать случайное число от единицы до миллиона и все они назвали числа между 836 820 и 836 830. Вы были бы уверены, что это не простая случайность, — что каким-то образом все эти люди сговорились между собой. Но как? Это проблема горизонта. Как вы видите, она тесно связана с проблемой энтропии. Когда во всей ранней Вселенной, куда ни посмотри, наблюдаются чрезвычайно схожие условия, это, определенно, низкоэнтропийная конфигурация, так как число способов устроить это крайне ограниченно.

Инфляция предлагает изящное решение проблемы горизонта. В эру инфляции пространство расширяется невероятно сильно; точки, которые изначально находились довольно близко друг к другу, разносятся очень далеко. В частности, точки, между которыми было огромное расстояние на момент, когда сформировалось микроволновое фоновое излучение, до начала инфляции, находились вплотную друг к другу, — и это ответ на вопрос: «Как они узнали о схожих условиях?». Что еще важнее, во время инфляции во Вселенной доминировала темная суперэнергия, которая, как и любая другая форма темной энергии, обладает везде одинаковой плотностью. Возможно, на участке пространства, где началась инфляция, существовали и другие формы энергии, но они быстро рассеялись в расширяющемся пространстве; раздувая пространство, инфляция делает его плоским — так вы расправляете скомканную простыню, растягивая ее в стороны за уголки. Естественным результатом инфляции является Вселенная, выглядящая очень однородной на больших масштабах.

Истинный и ложный вакуумы

Инфляция — это простой механизм объяснения свойств ранней Вселенной: она растягивает небольшой участок пространства, делая его плоским и гладким и решая таким образом проблемы плоскостности и горизонта. Кроме того, она избавляет нас от нежелательных пережитков прошлого, таких как магнитные монополи. Но как это все в действительности работает?

Очевидно, что фокус с инфляцией зависит от наличия вре́менной формы темной суперэнергии, которая в течение какого-то времени стимулирует расширение Вселенной, а затем внезапно исчезает. Такое поведение может казаться нелогичным, ведь определяющим свойством темной энергии является почти полное ее постоянство в пространстве и времени. По большей части это действительно так, но могут также происходить неожиданные скачки ее плотности — «фазовые переходы», при которых значение темной энергии резко падает, как при схлопывании пузыря. Фазовый переход подобного рода предоставляет секретный ключик к пониманию инфляции.

Возможно, вы задаетесь вопросом, что же в конце концов порождает эту темную суперэнергию, стимулирующую инфляцию. Ответ — квантовое поле, точно такое же, как поля, вибрации которых обнаруживаются в форме окружающих нас частиц. К сожалению, ни одно из известных нам полей — поле нейтрино, электромагнитное поле и т. д. — не подходит для этой работы. Так что космологи попросту предположили, что должно существовать какое-то совершенно новое поле, приводящее к инфляции, и недолго думая нарекли его «инфлатоном». Придумывать новые поля на пустом месте — занятие не настолько постыдное, как может показаться; правда в том, что инфляция предположительно происходит при энергиях, намного превышающих те, которые мы в состоянии напрямую воссоздать в лабораторных условиях здесь, на Земле. Без сомнения, при таких энергиях может существовать любое количество новых полей, пусть даже мы не не знаем, что это за поля; вопрос только в том, обладают ли какие-либо из них подходящими свойствами, чтобы выполнить функции инфлатона (то есть инициировать вре́менную фазу темной суперэнергии, которая расширяет Вселенную до невероятных размеров, а затем распадается и исчезает).