Таинственные явления природы и Вселенной

У Эйнштейна не было никаких физических причин оставлять в уравнениях ОТО космологический член. Экспериментальные данные, которыми он располагал, не только не подтверждали, но и противоречили идее неизменной, неподвижной (стационарной) Вселенной. Некоторые существенные теоретические соображения также делали эту идею неправдоподобной.

Однако оставались сами уравнения. Удивительная вещь, но уравнения великой теории способны жить своей собственной жизнью, и, помимо представлений, гипотез и воли их создателя, их стрела пущена в будущее, в неизведанные дали.

По смыслу уравнений ОТО космологический член — не что иное, как энергия пустого пространства, отличная от нуля энергия самого вакуума. В каждом «кусочке» вакуума заключено некоторое строго определенное количество энергии. Эти же уравнения предписывают, что энергия вакуума — это что-то вроде энергии натянутой резиновой ленты: пока лента в натянутом состоянии, в квадратном сантиметре ее заключено некоторое фиксированное количество энергии. Чтобы представить себе пространство, заполненное вакуумом, хороша другая «резиновая» аналогия — оно будет походить на надутый воздушный шарик: натяжение вакуума стремится сжать, «схлопнуть» пространство, которое он заполняет.

С другой стороны, согласно ОТО, что угодно, обладающее энергией (а это значит, по формуле Е = mc², и массой), вносит вклад в гравитацию. Однако энергия вакуума оказывается «гравитацией навыворот»: она дает отрицательный вклад в гравитацию. Иными словами, по отношению к гравитации это гравитационное отталкивание.

Тут Эйнштейн получал то, что ему было нужно: антигравитация, создаваемая энергией вакуума, оказывается намного больше, чем «схлопывающая» энергия его натяжения, и может уравновесить гравитационное стремление масс друг к другу. Этот баланс и дает в итоге стационарную Вселенную.

Но энергосодержащая пустота — это то, что нужно также и для инфляции! В самом деле, если Вселенная очень ранняя, в ней нет еще ничего, никаких частиц, полей, никаких масс. Есть только вакуум и его гравитационное отталкивание. Тогда пространство в один миг чудовищно раздувается и Вселенная из очень-очень маленькой станет очень, очень большой!

Темп такого расширения остается постоянным (так как плотность энергии вакуума — величина постоянная). По смыслу эта величина очень похожа на процентный годовой рост цен — на то, что называется инфляцией. Аналогично, постоянный темп расширения Вселенной означает, что есть постоянное время, за которое размер Вселенной увеличивается вдвое. Рост, который характеризуется постоянным временем удвоения, называют экспоненциальным. Он очень быстро приводит к гигантским числам. Скажем, если упаковка зубочисток сегодня стоит 1 грн, то через 10 интервалов удвоения ее цена будет 1024 грн, а через 330 циклов — 10100 грн, гугол гривен!

10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000. Это — гугол. Как видите, его довольно трудно написать. Еще труднее писать его всякий раз, когда этого требует космология. Но дело не только в этом. Дело в том, что гугол — колоссальное число! Попробуем взять любую совокупность, любое знакомое нам множество предметов, и сопоставим с гуголом. Заметьте, совокупности можно брать, какие заблагорассудится — разрешено все, что только ни придет на ум, самые большие множества, которые мы знаем. Вот число песчинок на всех-всех пляжах мира. Его можно оценить как 1023. Нужно что-нибудь «помногочисленней». С давних времен мерой неисчислимости было число звезд на небе — как насчет этого? В нашей галактике где-то 100 млрд звезд. Это 1011 — очень мало по сравнению с гуголом! Хорошо. Видимая область Вселенной вплоть до горизонта содержит «всего-навсего» 1022 звезд. Идем дальше. Количество всех частиц в известной нам части Вселенной (а большего количества реальных объектов в ней просто не существует), согласно некоторым предположениям, составляет от 1079 до 1081. Все равно до гугола не дотягивает!

Время удвоения для Вселенной, заполненной ложным вакуумом, невероятно короткое. И чем выше энергия вакуума, тем оно короче. В случае электрослабого вакуума Вселенная расширится в гугол раз за 0,333 × 10–5 с (одна тридцатая микросекунды), а в случае вакуума Великого объединения это случится в 1026 раз быстрее.

Поскольку ложный вакуум нестабилен, он в конце концов распадается, и его энергия зажигает огненный шар из частиц. Это событие обозначает конец инфляции и начало классической космологической эволюции. Тем самым, из крошечного исходного зернышка мы получаем горячую расширяющуюся Вселенную громадных размеров.

А в качестве бонуса в инфляционном сценарии удивительным образом исчезают проблемы горизонта и плоской геометрии, характерные для классической космологии!