Космос. Иллюстрированная история астрономии и космологии

Стейнхардт принял в качестве аксиомы, что в прошлом Вселенная замедлялась, а материя и излучение утратили исходное значение только в относительно недавний отрезок истории Вселенной. Если раньше космические структуры формировались во все более возрастающих масштабах, то, согласно его предположению, ускоряющееся расширение остановило этот процесс. Описывая типичный цикл, начинающийся со «взрыва», он принял в качестве конечного максимума температур значение 10²⁰ К. Хотя он заимствовал свои идеи из старых инфляционных моделей, в новой модели не было никакой инфляции, она сразу же переходила к стадии доминирования излучения и образования ядер в стандартных пропорциях; затем – ко Вселенной с преобладанием материи, в которой формируются атомы, галактики и другие более крупные структуры; а затем – к стадии с преобладанием темной энергии. Именно темная энергия движет эволюцией Вселенной, и эта эволюция – циклична. Вызванное ею ускорение на сотни порядков меньше, чем ускорение, которое требуется в инфляционных моделях. Однако за достаточно длительное время она может привести к тем же результатам. С течением времени ускорение приводит к разрежению материи и излучения, делая их все более и более однородными и изотропными; достигается почти идеально равномерное их распределение, и, таким образом, они переходят в состояние вакуума. В тот самый момент, когда Вселенная становится однородной и изотропной, она одновременно становится геометрически плоской. К нам снова возвращается геометрия Евклида.

Как и в инфляционной теории, темная энергия за конечный период времени только сохраняется, но Стейнхардт объясняет, каким образом она в его новой модели запускает серию событий, приводящую к началу нового периода расширения Вселенной. Тонкие детали вышесказанного разработаны с использованием теории суперструн. У нас нет возможности привести здесь его виртуозные описания замысловатых курбетов, выделываемых в его теории «бранами», но то, что возникает в итоге, представляет собой тот же самый спектр флуктуаций в распределении массы, энергии и температуры, как и в старой инфляционной модели. И это несмотря на большое различие предполагаемых физических процессов (как и временные шкалы) этих моделей: теперь та работа, которая совершалась за 10^-30 секунд, происходит в течение многих миллиардов лет.

Развитие событий в начале нового тысячелетия сильно напоминало происходившее в 1930‐х гг., когда было показано, что постньютоновская космология, равно как и общая теория относительности, способна предсказывать красные смещения. Однако и в том и в другом случае физика, лежащая в основе конкурирующих теорий, была слишком разной для их возможной перекрестной проверки. На стадии инфляции возникают флуктуации – энергетические, температурные, а также пространственно-временные – пресловутые гравитационные волны. Этого не происходит в обновленной модели Стейнхардта, предполагающей неторопливое развитие событий во времени. Вопрос о том, возможно ли будет когда-то подвергнуть проверке это кардинальное различие, остается открытым. Это не единственный аргумент, с позиций которого можно оспаривать то, что сделал Стейнхардт, поскольку он выдвинул несколько спорных предположений, касающихся теории суперструн. Но, чем больше будет точек соприкосновения между космологической теорией и миром, тем счастливее будут астрономы-наблюдатели.

ЧЕЛОВЕЧЕСТВО И ВСЕЛЕННАЯ