За последние десятилетия ученым удалось значительно продвинуться в понимании того, как зарождалась наша Вселенная. Только если раньше точкой отсчета называли момент Горячего Большого взрыва, то сегодня все чаще говорят о стадии Инфляции, которая предшествовала ему. Однако инфляционная гипотеза, хоть и доминирует сейчас в научном сообществе, единственной отнюдь не является.
На Всероссийском фестивале NAUKA 0+ академик РАН Валерий РУБАКОВ рассказал о разных сценариях того, что могло происходить во Вселенной до горячей стадии.
Справка. Валерий Анатольевич Рубаков — академик РАН, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник отдела теоретической физики Института ядерных исследований РАН, заведующий кафедрой физики частиц и космологии физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.
Что мы знаем о видимой Вселенной сегодня? Она выглядит изотропной (одинаковой) на больших масштабах, но неоднородна на маленьких. Пространство расширяется, растягивается во все стороны, но при этом какого-то специального, выделенного места в нем нет. В прошлом Вселенная расширялась гораздо быстрее, а в будущем она станет более разреженной.
“Когда Вселенной было 380 тысяч лет от роду, она была более-менее однородной, но не совсем. Из областей Вселенной, где плотность энергии была больше, а температура — выше, впоследствии образовались известные нам структуры: галактики, скопления галактик и т.д.”, — говорит Валерий Рубаков.
Сегодня ученые уверены, что стадия Горячего большого взрыва не была первой. В частности, потому, что тогда неоднородности углового размера больше 2° в эпоху рекомбинации просто не смогли бы образоваться. Кроме того, теория Горячего большого взрыва не может ответить и на другие глобальные вопросы: почему наше трехмерное пространство евклидово, почему Вселенная такая большая и однородная, почему она не имеет кривизны пространства или имеет очень маленькую кривизну и т.д.
Эволюция Вселенной. Из презентации В.А.Рубакова.
Лучшая на сегодня гипотеза о том, что было до Горячего Большого взрыва, — это инфляция, считает академик. Для стадии инфляции характерно экспоненциальное раздувание Вселенной с огромной плотностью энергии и темпом расширения. То есть это расширение с гигантским ускорением, с микро- до макро-размеров за доли секунды. Эпоха до горячей стадии, вероятно, была довольно простой. По крайней мере ближе к своему концу и в объеме видимой части Вселенной. Об этом говорят свойства первичных неоднородностей.
Предположительный механизм генерации первичных неоднородностей, из которых появились и мы с вами, академик описывает следующим образом: был вакуум, где существовали свои флуктуации (прим.: флуктуации — колебания, случайные отклонения от среднего), затем они каким-то образом усилились, стали большими по амплитуде, начали нести энергию, и в результате возникли неоднородности во Вселенной.
Пока что инфляция согласуется со всем наблюдательными данными. А какие альтернативы этой гипотезе, у которой еще нет прямых доказательств, мы имеем сегодня? Основных несколько, и все они достаточно экзотичны. Например, модель Вселенной с отскоком: сжатие-отскок-растяжение. Речь идет о начальном сжатии, которое потом сменяется расширением. В этой модели Вселенная стартовала с очень большого и плоского медленно сжимающегося пространства, которое сначала сжалось, плотность энергии при этом стала огромной, но в какой-то момент произошло “чудо” — и началось расширение.
Другой сценарий — это так называемый генезис, или модель разгоняющейся Вселенной. В этой модели Вселенная изначально была более-менее такой, как сегодня, почти не расширялась, была плоской, с очень маленькой плотностью энергии. Но потом плотность энергии начала нарастать, темп расширения начал увеличиваться, и пошел разгон эволюции расширения Вселенной.
Из презентации В.А.Рубакова.
Существует теорема Роджера Пенроуза, из условий которой никто до сих пор не смог найти исключение. Согласно этой теореме, выполнение последних двух сценариев при общих условиях невозможно. То есть для того, чтобы получить Вселенную с отскоком или с разгоном, нужны какие-то очень специфические условия, и очень трудно построить самосогласованные теоретические модели, чтобы увидеть такую эволюцию нашей Вселенной, поэтому эти два сценария проигрывают инфляционной гипотезе.
Так как же было на самом деле? Вопрос, конечно же, остается открытым. “Чтобы узнать о том, что было во Вселенной до горячей стадии, нам нужно предсказать и обнаружить более тонкие свойства первичных возмущений”, — уточняет Валерий Рубаков. Важной подсказкой здесь должны стать реликтовые гравитационные волны, которые предсказываются многими инфляционными моделями, но пока так и не обнаружены. Длины реликтовых гравитационных волн предположительно варьируются от 500 миллионов световых лет до размера видимой Вселенной. Открытие таких волн станет гарантированным доказательством теории инфляции.
Лекция В.А.Рубакова на фестивале NAUKA 0+. 10 октября 2020 г.
Фотографии в материале: из архива "Научной России".
