Вселенная. Путешествие во времени и пространстве

У нас есть гипотезы (в том числе довольно убедительные и обоснованные) по поводу того, что бы это могло быть. Некоторые свойства и темной материи, и темной энергии мы уже знаем, но тем не менее, если говорить честно, а в науке принято вести себя именно так, громадная часть устройства Вселенной для нас пока почти неизвестна, и мы только начинаем нащупывать основные очертания этого неисследованного мира[66].

Надо заметить, что темная энергия — это не единственная гипотеза, пытающаяся объяснить феномен ускоренного расширения Вселенной. Но, несомненно, это наиболее популярная и обоснованная идея. Кроме того, надо заметить, что идея проявлений физического вакуума хорошо смыкается с идеей инфляции. В некоторых вариантах тео­рии, рассматривающей в основе Вселенной физический вакуум, ускоренное расширение в начале, специально придуманное в рамках теории инфляции, получается естественным путем и не требует специальных обоснований.

Итак, как же выглядит сегодня история Вселенной в рамках наиболее популярной сегодня теории? Еще раз рассмотрим предлагаемый наукой сценарий.

Все начинается с крошечного кусочка высоко­энергичного вакуума. В нем содержалась гигантская энергия. В нашем сегодняшнем мире не существует таких объектов. Это была материя в особом, крайне маловероятном состоянии. Внутри такого клочка материи действует чудовищная сила гравитации (не забываем, что E = mc², и огромная содержащаяся здесь энергия означает возможность образования огромной массы). Но здесь же действует и громадная сила отталкивания — она втрое мощнее. В итоге клочок материи начал раздуваться. Скрученное, сжатое до минимально возможных размеров внутреннее пространство-время, присущее этому клочку материи, стремительно развернулось, расширяясь с огромной, все нарастающей скоростью. Растяжение раздувающейся Вселенной можно было наблюдать (изнутри) в любой точке растущего объема.

В ходе растяжения неизбежно возникали крошечные флуктуации — слабые локальные отклонения от среднего значения (плотность становится чуть больше или чуть меньше). Эти флуктуации быстро растягивались в ходе общего расширения.

Процесс раздувания происходил совсем недолго — фантастически короткие доли секунды. Теория подсказывает, что материя в таком состоянии нестабильна. Высокоэнергичный вакуум должен был распасться. Материя в форме высокоэнергичного вакуума превратилась в обычный (стабильный, нераспадающийся) сегодняшний физический вакуум, который содержит гораздо меньше энергии в единице объема. Значительная доля энергия первичного вакуума во всем стремительно растущем объеме Вселенной трансформировалась в энергию вещества — темного и барионного (часть энергии пошла на возникновение огромного количества разнообразных частиц), и на энергию электромагнитного излучения. Мы уже говорили, что неистребимый наблюдатель внутри развивающейся Вселенной должен был обнаружить вокруг себя безграничный огненный океан из коротковолнового излучения и раскаленного вещества (то есть быстро движу­щихся частиц).

Этот распад первичного вакуума, рождение частиц и излучения мы и называем Большим взрывом.

Большой взрыв породил частицы огромной суммарной массы во всем объеме растущей Вселенной. Возникли частицы вещества и частицы антивещества, которые тут же аннигилировали, превращаясь опять-таки в электромагнитное излучение. Но слабая асимметрия (пока что нет окончательного понимания, почему возникла эта асимметрия) привела к тому, что частиц вещества оказалось несколько больше, чем частиц антивещества. Поэтому не все частицы аннигилировали, зато частиц одного из типов (античастиц) в природе практически не осталось[67].

С появлением частиц включилась гравитация, а с распадом высокоэнергичного вакуума отключилось его натяжение (отрицательное давление, или антигравитация). Но теперь мы знаем, что если возникший в ходе Большого взрыва низко­энергичный физический вакуум все-таки обладает не нулевой, а некой конечной энергией, значит, антигравитация (расталкивающая сила) не упала до нуля! Расширение сначала продолжалось не благодаря антигравитации, а благодаря огромной кинетической энергии расширения, набранной на предыдущем этапе. Пространство вместе с его содержимым продолжало расширяться по инерции, но теперь гравитация вещественного содержимого Вселенной стала работать как тормоз, поэтому скорость расширения стала понемногу уменьшаться. Тем не менее она (скорость расширения) оставалась огромной, в результате чего плотность материи всех типов (кроме физического вакуума) неуклонно падала.

Начальные флуктуации плотности проявлялись все сильнее. Во-первых, распад высокоэнергичного вакуума мог происходить не абсолютно одновременно во всем объеме Вселенной — где-то чуть раньше, где-то чуть позже, и разные области начинали свое развитие в немного разных условиях. Начальные флуктуации плотности привели к развитию сгущений и разрежений, где гравитационная неустойчивость приводила к формированию уплотнений газа частиц темной материи, породивших протогалактики.