Теорія інфляційного Всесвіту

Теорія інфляційного Всесвіту

У принципі, мабуть, можна побудувати скільки завгодно різних «сценаріїв» еволю¬ції Всесвіту. Але претендувати на серйозне визнання можуть лише ті з них, які здатні встановити причинний зв'язок між минулим і теперішнім.

Як відомо, у XX сторіччі було розроблено теорію гаря¬чого Всесвіту, що розширюється, згідно з якою фор¬мування його сучасної структури було наслідком роз¬ширення початкової надщільної і надгарячої плазми. Однак при розробці моделей різних стадій розширення вчені зіткнулися а цілою низкою труднощів і загадок. Деякі властивості сучасного Всесвіту явно суперечили теоретичним припущенням про попередні фази його еволюції.

Про які ж властивості світобудови, що не вклада¬ються в сценарій гарячого розширюваного Всесвіту, йде мова? Насамперед про однорідність і ізотропію. У су¬часному Всесвіті властивості будь-яких його досить великих ділянок приблизно однакові, а всі просторові напрями рівноправні. Проте в межах теорії Всесвіту, що розширюється, ця обставина виявляється вкрай загад¬ковою. Насправді, у світі, в якому ми живемо, жодні фізичні взаємодії не можуть поширюватися з швидкістю, більшою за швидкість світла. З цього, між іншим, ви¬пливає дуже важливий висновок: безпосередньо спосте¬режувана нами ділянка Всесвіту завжди скінченна, в ній існує «обрій», поза який ми неспроможні зазирнути. Об'єкти, розташовані за цим «обрієм», перебувають від нас на таких величезних відстанях, що електромагнітні хвилі не встигли подолати їх за той час, впродовж якого наш Всесвіт існує.

Мало того, у Всесвіті є такі точки, які перебувають одна від одної на відстанях, що перевищують віддале¬ність оптичного «обрію». Між ними не може бути жод¬ної причинної залежності. Образно кажучи, одна з по¬дібних точок не може «знати», що відбувається в іншій. Неважко підрахувати, що до таких «незалежних» точок можна віднести, наприклад, точки, розташовані на межах спостережуваної частини Всесвіту, які віддалені одна від одної на кутову відстань, більшу за 30°.

Водночас спостереження показують, що матерія, що міститься біля меж спостережуваного Всесвіту, скрізь має приблизно однакові властивості. Як таке могло ста¬тися, коли у Всесвіті, що рівномірно розширюється, немає і не може бути жодного механізму, здатного ви¬рівнювати неоднорідності на відстанях, які перевищують відстань оптичного «обрію»? Виникає і таке запитання: як погодити однорідність Всесвіту у великих масштабах з наявністю в ньому численної кількості «згущень» - галактик? І як з'явилися ті первинні неоднорідності, що з них ці зоряні острови утворилися?

Ще одна загадка пов'язана з так званою критичною густиною речовини, значення якої (3 • 10~29 г/см3) ви¬пливає з рівняння загальної теорії відносності. Якщо середня густина більша за критичну, то розширення Всесвіту з часом повинне змінитися стисканням. У то¬му ж разі, коли середня густина менша від критичної або дорівнює їй, розширення Всесвіту триватиме необмежено. При цьому в останньому випадку простір Всесвіту не викривлений, і геометрія такого світу близь¬ка до евклідової геометрії на площині. Розуміти це слід не так, що чотиривимірний «простір - час» теорії від¬носності е плоским, а що певні його перетини площина¬ми мають евклідову геометрію.

Фактична середня густина речовини у нашому Все¬світі (якщо не враховувати можливості існування маси спокою у нейтрино) є дуже близькою до критичного значення. Подібний збіг уявляється досить дивним.

І ще: чому простір, у якому ми живемо, має три виміри - не більше і не менше? Нині розробляються різні теорії, згідно з якими ми насправді живемо в про¬сторі із значно більшою кількістю вимірів. Однак у всіх напрямах, крім трьох взаємно перпендикулярних - X, У і Z, наш простір «згорнуто», «скомпактифіко'вано». В зв'язку з цим наш простір уявляється нам тривимір¬ним, а ми можемо переміщатися в ньому тільки у трьох напрямах. Але питання про те, чому простір «згорнув¬ся» саме таким, а не якимось іншим чином, залишається без відповіді.

Є й інші питання, наприклад: що було до початку розширення, до початкового моменту £=0? Іншими сло¬вами: з чого наш Всесвіт утворився?

Спроби знайти відповіді на всі ці питання і встанови¬ти причинний зв'язок між гаданим початковим станом Всесвіту і його сучасними властивостями шляхом фор¬мально-логічних висновків із класичного «сценарію» га¬рячого Всесвіту, що розширюється, до успіху не при¬вели.

Чи не означає це, що такий «сценарій» повинен бути забракований? Однак не слід забувати про те, що зв'я¬зок минулого і майбутнього в реальному світі має діа¬лектичний характер. Це означає, що еволюція матерії зовсім не обов'язково повинна проходити плавно і по¬ступово - у процесі розвитку будь-якої матеріальної системи можуть відбуватися глибокі якісні стрибки. Чи не було такого «стрибка» в історії нашого Всесвіту?Останніми роками ряд фізиків-теоретиків зайнялися розробкою досить незвичайної теорії: мета її полягає в тому, щоб з'ясувати фізичну природу того «стрибка», про який йде мова. В основу цієї теорії покладене при¬пущення про те, що Всесвіт виник внаслідок квантової флуктуації вакууму.