Книга: Математика космоса [Как современная наука расшифровывает Вселенную]

17. Большое раздувание

17. Большое раздувание

Несколько лет назад теория возникновения Вселенной в результате Большого взрыва соответствовала всем существенным наблюдениям. С одной стороны, она предсказала температуру реликтового микроволнового излучения — этот ранний успех внес серьезный вклад в то, что теория была в конечном итоге принята[87]. С другой стороны, наблюдений было мало, а интервалы между ними были большие. По мере того как астрономы, пытаясь понять, что еще предсказывает теория Большого взрыва, получали более подробные измерения и проводили более обширные расчеты, начали появляться нестыковки.

В главе 15 мы видели, что в сегодняшней Вселенной имеется большое количество крупномасштабных структур; длинные волокна и целые обширные «стены» галактик окружают еще более обширные войды. Все вместе сильно напоминает пену в стакане с пивом, причем галактики там располагаются на поверхности пузырьков, а войды соответствуют воздуху внутри их. Расчеты показывают, что современная оценка возраста Вселенной — 13,8 миллиарда лет — не дает веществу достаточно времени, чтобы стать настолько комковатым. Кроме того, возраст Вселенной слишком мал, чтобы объяснить нынешнюю плоскую геометрию пространства. Согласовать то и другое проблематично, потому что, чем более плоским вы сделаете пространство, тем менее комковатым, скорее всего, станет вещество, и наоборот: чем более комковато вещество, тем более искривлено пространство.

Преобладающая космологическая мудрость предлагает постулировать Еще Больший взрыв, иначе известный как инфляция. В критический момент, в самом начале своего существования, нарождающаяся Вселенная расширилась до громадных размеров за необычайно короткое время.

Другие недостатки оригинальной теории Большого взрыва привели к тому, что космологи «прикрутили» к ней еще два априорных допущения: скрытая масса, или темная материя, — некая форма вещества, совершенно отличная от обычного его состояния, и темная энергия — некая форма энергии, заставляющая процесс расширения Вселенной ускоряться. В данной главе я расскажу об инфляции и о темной энергии. Скрытую массу я оставлю до следующей главы, поскольку сказать о ней можно много.

Космологи весьма уверены в истинности нынешней теории, известной как модель ?CDM (Lambda-Cold Dark Matter) c ?-членом и холодной темной материей или как стандартная модель космологии. (Напомню, что ? — это обозначение космологической постоянной Эйнштейна.) Они уверены, потому что такая комбинация классического Большого взрыва, инфляции, скрытой массы и темной энергии согласуется с большинством наблюдений, причем со значительной степенью детализации. Однако с каждым из трех дополнительных компонент имеются значительные проблемы, и не исключено, что кое-что необходимо переосмыслить.

В этой и следующей главах я собираюсь сначала рассказать традиционный вариант теории, с кратким изложением тех наблюдений, которые и дали начало этим трем «подпоркам», и описанием того, как они объясняют эти наблюдения. Затем я взгляну на получившуюся в результате стандартную модель космологии критически и изложу некоторые проблемы, которые не снимаются этими подпорками. Наконец, опишу некоторые из предложенных альтернатив стандартной модели и расскажу, как они, в свою очередь, справляются с проблемами.