Маленькая книга о Большом взрыве

Инфляционный сценарий связан и с другими противоречиями и сложностями. Например, уже на протяжении двух столетий мы знаем, что свет, отраженный от оконного стекла, поляризован. Являясь электромагнитной волной, свет состоит из электрического и магнитного полей. Когда волна пребывает в движении, эти поля осциллируют, находясь под углом 90° относительно друг друга. Направление, в котором движется электрическое поле, принято называть направлением, или осью, поляризации. В то же время свет, исходящий от лампочки, является неполяризованным светом, а значит, его электрическое поле случайным образом расходится во всех направлениях. Неполяризованный свет можно представить в виде двух независимых лучей, чьи электрические поля направлены перпендикулярно друг другу. Когда такой луч попадает на оконное стекло, он поляризуется – электрическое поле осциллирует только в одном направлении.

В качестве похожего примера можно привести солнцезащитные очки Polaroid: молекулы в их стеклах расположены таким образом, что пропускают только одно направление поляризации, тем самым вдвое снижая интенсивность неполяризованного света. Если же вы, сидя в машине, поправите очки таким образом, чтобы электрическое поле света падало на их ось поляризации под правильным углом, вы почти ничего не увидите, ведь доходящий до вас свет поляризуется уже в тот момент, когда отражается от лобового стекла машины.

Таким же лобовым стеклом выступает космический микроволновый фон. В процессе образования CMBR фотоны ударялись об электроны, из-за чего электроны начали колебаться в направлении электрического поля света. Колеблющиеся электроны отражали свет в одном направлении, и он поляризовался. Если бы первичный бульон был полностью однородным, фотоны бы ударялись об электроны со всех сторон одинаково, а общий уровень поляризации был бы равен нулю. Существование тех самых крохотных отпечатков божественной руки свидетельствуют о том, что лобовое стекло в лице CMBR не является до конца однородным, и это проявляется в виде небольшой, но отчетливой поляризации.

Поляризация микроволнового фона с точностью измерена множеством чрезвычайно чувствительных телескопов. Их слишком много, чтобы перечислять. Скажем только, что все названия – это аббревиатуры вроде DASI или ACT. Расположены они на Южном полюсе или в пустыне Атакама в Чили, при этом все получаемые с их помощью измерения являют одну и ту же картину.

Инфляционная теория также предполагает существование первичных гравитационных волн, возникших из-за колебаний квантовых полей в наиболее ранний период существования Вселенной. В главе 3 мы уже говорили о существовании гравитационных волн, распространяющихся в пространстве-времени, сжимая и расширяя детекторы, установленные для их поиска. Эти волны делают то же самое, что и первичный бульон в то время, когда формировалось CMBR: создают неоднородности, которые также поляризуют свет. В результате растяжения и сжатия среды гравитационными волнами появляются отпечатки, которые, однако, отличаются от тех, что возникают из-за сжатия в процессе акустических флуктуаций, о чем было сказано в главе 10. В принципе, при достаточной чувствительности телескопа вполне возможно различить два отдельных паттерна.

Поляризация CMBR, вызванная первичными гравитационными волнами, по идее должна быть куда слабее, чем поляризация, вызванная акустическими флуктуациями, однако некоторые космологи утверждают, что обнаружение именно этого вида поляризации CMBR стало бы главным доказательством верности инфляционной теории. В 2014 году группа ученых из Гарвардского университета, проводивших эксперимент BICEP2, во всеуслышание объявила именно об этом открытии. Однако результаты их исследований были опровергнуты спутником «Планк», а значит, первичные гравитационные волны по-прежнему нельзя считать обнаруженными.

* * *

Как уже было сказано, данные со спутника «Планк» почти полностью исключают существование инфляции. Тем не менее главные возражения против инфляционной теории по-прежнему вырастают из ее базовых утверждений. Я уже несколько раз упоминал квантовые флуктуации и то, как инфляция должна на них влиять. Однако нельзя забывать о том, что квантовой теории зарождения Вселенной пока не существует, а значит, инфляционная теория не может считаться реальной квантовой теорией Вселенной. Более того, для воссоздания предполагаемого квантового поведения инфляционные модели задействуют обычную, классическую физику. Мы же видим, что главное возражение против инфляционной теории состоит как раз в том, что роль полей в ней сводится исключительно к созданию инфляции, причем их существование не подтверждено ни наблюдениями, ни теоретическими доводами.