Предчувствия и свершения. Книга 3. Единство - Ирина Львовна Радунская

К 1983 году в статье Гуса и Э. Вайнберга был подведен итог этих попыток. Итог сводился к тому, что дефекты сценария Гуса неустранимы.

В октябре 1981 года А. Д. Линде и независимо в январе 1982 года А. Альбрехт и Р. Стейнхард опубликовали результаты своих исследований, в которых сценарий раздувающейся Вселенной изменен так, что в нем не возникает трудностей, погубивших сценарий Гуса.

Главное различие достигнуто в результате более точного описания первых этапов; эволюции. Суть этого различия может быть пояснена при помощи видоизменения «шляпы» в рассмотренной нами модели. В первой модели Гуса середина шляпы была сильно вогнута и ее форма напоминала кратер вулкана. В новом сценарии вершина шляпы не вогнута, а имеет в середине почти плоскую, очень слабо выпуклую область. При этом отсутствует барьер, разделяющий ложный вакуум, лежащий на вершине, и истинный вакуум, который занимает кольцеобразное углубление полей шляпы.

При таком видоизменении ложный вакуум превращается в истинный вакуум пне путем туннельного перехода сквозь кольцевой барьер, а» просто скатываясь вниз с вершины. Но это скатывание происходит медленно. Особенно медленно в самом начале скатывания — перехода из симметричного состояния Великого объединения в состояние, где сильные взаимодействия отделяются от электрослабых.

Первоначально большая плотность ложного вакуума порождает огромное отрицательное давление, приводящее к ускоренному расширению Вселенной. Ее размеры и в этом случае тоже удваивались за ничтожно короткие интервалы времени, через каждые 10-34 с.

По мере того как Вселенная переходила к все более крутым местам шляпы, ложный вакуум все быстрее превращался в истинный вакуум. Вследствие этого плотность ложного вакуума и величина его отрицательного давления уменьшались. Соответственно уменьшался темп расширения Вселенной. Расчет показал, что за время ускоренного расширения (раздувания или инфляционного расширения) размеры Вселенной увеличились в те же 1050 раз, как и в первом варианте.

Мы познакомились сейчас лишь с исходной идеей нового сценария эволюции раздувающейся Вселенной. Новый сценарий учитывает то, что ложный вакуум не скатывается с вершины как единое целое. Под влиянием флуктуации первичная Вселенная, находящаяся в состоянии ложного вакуума, распадается на части, которые, расходясь друг от друга независимо по разным путям, скатываются с плоской вершины к состоянию истинного вакуума. «Независимо» означает, что отдельные части при этом никак не взаимодействуют одна с другой. Это связано с известным нам горизонтом событий. Вспомним, что в то время горизонт событий был чрезвычайно мал — около 10— 24 см (для сравнения: размер атомного ядра равен 10— 13 см).

Каждая порция ложного вакуума, каждый домен независимо от других проходит через описанную выше стадию быстрого расширения, скатываясь в нашей модели своим путем от вершины в нижний ров. Каждая из них расширится так, что в конце быстрого расширения любой из них приобретет размер 1026 см. В этот момент наша видимая Вселенная, размеры которой сейчас составляют 1028 см, имела размеры всего в 10 см и располагалась глубоко в недрах одного из доменов.

В ходе такого быстрого расширения распад ложного вакуума приводит к рождению множества элементарных частиц, совокупность которых нагрета до температуры примерно 1026 К. Эта температура ниже температуры Великого объединения, и рождение таинственных магнитных монополей уже невозможно или, по крайней мере, весьма маловероятно. Если они будут появляться в стадии раздувания, то дальнейшее расширение унесет их вместе со стенками доменов далеко за границы наблюдаемой Вселенной. Это произойдет на следующем этапе, когда эволюция Вселенной происходит в соответствии с известным нам стандартным сценарием. Вселенная расширяется еще в 1027 раз, после чего шарик диаметром в 10 см приобретет современный размер наблюдаемой Вселенной, а стенки домена и монополи отодвинутся в недостижимую даль.

В таком виде сценарий раздувающейся Вселенной устраняет все недостатки ранних этапов стандартного сценария, сохраняя в силе его результаты, подтвержденные опытом (относительная концентрация гелия и водорода, а также температура реликтового излучения).

Но теоретики все еще недовольны. Их не устраивает, что процесс медленного скатывания возможен, только если начальные характеристики первичной Вселенной перед началом скатывания заключены в узких пределах. Подобный перенос нерешенных вопросов к начальным условиям воспринимается физиками как ссылка на бога и должен быть устранен. Ниже мы увидим, что это им удалось.

Из глубин микромира к Вселенной

Для того чтобы приблизиться еще на один шаг к началу начал, необходимо новое продвижение в мир элементарных частиц. Теория Великого объединения не может служить руководством в мире температур, существенно превышающих 1028 К.

Следующий рубеж, отстоящий от начала менее чем на 10-34 с, характеризуется колоссальной температурой в 1032 К. При этой температуре плотность ложного вакуума достигала 1074 грамма на кубический сантиметр, а плотность частиц и античастиц, постоянно рождающихся и исчезающих в этом адском пекле, была еще большей и, возможно, достигала 1094 г/см.

В этих условиях сила гравитации, которая сейчас является самой слабой из сил взаимодействия, объединяется с остальными в одну универсальную силу. Ученые называют такое состояние суперсимметричным и иногда говорят о нем как о суперобъединении.

Вспомним, что ложный вакуум, в отличие от всей остальной материи и энергии, обладает внутренним давлением, что приводит к гравитационному отталкиванию. Но в самом начале, когда плотность горячей обычной материи больше плотности ложного вакуума, силы тяготения, порождаемые материей, перевешивали силы отталкивания, создаваемые ложным вакуумом. Поэтому вплоть до момента, отстоящего от начала на 10-34 с, Вселенная расширялась по обычным фридмановским законам.

В ходе такого расширения Вселенной плотность материи уменьшалась, а плотность ложного вакуума оставалась неизменной. Эпоха первоначального расширения закончилась через 10-34 с после условного фридмановского начала. В этот момент плотность материи сравнялась с плотностью ложного вакуума и продолжала убывать все быстрее. Вместе с плотностью материи убывают и силы тяготения, которые уже не могут противостоять отрицательному тяготению ложного вакуума. Это постоянно действующее внутреннее давление заставляет Вселенную расширяться все быстрее. За ничтожное время, от 10-34 с до 10-32 с, все размеры Вселенной увеличились в 1050 раз. При этом температура и плотность обычной материи стремительно уменьшаются и Вселенная становится переохлажденной, практически лишенной обычной материи и наполненной лишь ложным вакуумом. Стремительное охлаждение продолжается до тех пор, когда ложный вакуум теряет устойчивость. Ложный вакуум начинает превращаться в обычную материю, температура которой быстро увеличивается примерно до 1023 К. Это много ниже температуры 1028 К, при которой нарушается Великое объединение и рождаются магнитные монополи. Поэтому они не рождаются, что соответствует опыту, не обнаруживающему их, несмотря на большую чувствительность приборов.

Углубленные исследования начального состояния Вселенной опубликованные советскими учеными в 1985 году, привели к синтезу сценария Старобинского,