Andrey Dmitrievich Linde, Stanford University (USA), profesor. 10. jún 2007, Moskva, FIAN

Po prvé, musím povedať, že som trochu hanblivý. Hovoril som v tejto sále mnohokrát. Najprv som tu študoval, a keď sa to všetko začalo, bol som študentom Moskovskej univerzity, chodil som sem na semináre, na FIAN. A vždy, keď som sedel na týchto seminároch, bolo to bolestivé, bol som strašne zaujímavý a tiež neskutočne ťažký. Všetko, čo bolo povedané, som pochopil, dobre, asi desať percent. Myslel som si, že pravdepodobne ja, no, taký idiot, už ničomu nerozumiem, fyzika zo mňa nevyjde ... Ale naozaj som chcel, pokračoval som v chôdzi. Stále mám týchto desať percent porozumenia: v podstate na seminároch, na ktoré chodím, rozumiem asi desať percent. A potom som tu napísal svoju prvú správu. Pozeral som sa ľuďom do tvárí a mal som dojem, že rozumejú aj desiatim percentám. A potom môj komplex menejcennosti zmizol, čiastočne kvôli najmenej. Trochu pravdepodobne ešte zostalo... Prečo to hovorím? Téma je dosť zložitá. A ak je jasných desať percent, tak ste na správnej ceste.

To, o čom teraz budem hovoriť, súvisí s teóriou inflačného vesmíru. Inflačný vesmír, v ruštine sa nazýval „nafukujúci sa vesmír“, ale štandardný názov je „inflačný“. AT nedávne časy existoval taký termín - "Viacverš". Ide o termín, ktorý nahrádza slovo „vesmír“. Takže namiesto jedného vesmíru - veľa vesmírov naraz v jednom. V ruštine je možno najvhodnejším prekladom „mnohostranný vesmír“. A to je to, o čom teraz budem hovoriť.

Najprv však všeobecný úvod do kozmológie všeobecne. Odkiaľ sa vzala inflačná kozmológia (prečo bola potrebná)? Čo tomu predchádzalo (teória veľkého tresku). Najprv niekoľko biografických informácií. Vek Vesmíru, podľa posledných pozorovaných údajov... Keď hovorím o veku, vždy keď poviem a niekde v duši si dám malú čiarku, že sa mám vrátiť k tomuto a potom povedať, že v skutočnosti Vesmír môže byť nekonečne starý. To, čo ľudia nazývajú vek vesmíru, je asi 13,7 miliardy rokov s presnosťou ... možno lepšie ako 10%. Teraz to ľudia veľmi dobre vedia. Veľkosť pozorovateľnej časti vesmíru... Čo znamená „pozorovateľné“? Svetlo k nám putuje už 13,7 miliardy rokov, takže si to vynásobte rýchlosťou svetla a dostanete vzdialenosť, na ktorú teraz veci vidíme. Hovorím to, ale v mojej duši sa okamžite znova vloží čiarka: v skutočnosti to tak nie je. Pretože vidíme niekoľkonásobne ďalej, pretože tie objekty, ktoré k nám vyslali svetlo pred 13,7 miliardami rokov, sú teraz od nás ďalej. A z nich vidíme svetlo a sú ďalej, takže v skutočnosti vidíme viac ako rýchlosť svetla vynásobenú časom existencie Vesmíru.

Ďaleko. Priemerná hustota látky je približne 10-29 g/cm3. Veľmi malý. Ale my žijeme na mieste, kde sa skondenzoval... Hmotnosť pozorovateľnej časti Vesmíru je viac ako 10 50 ton. Váha v čase narodenia...ale toto je najzaujímavejšie. Keď sa zrodil vesmír, ak počítate od momentu Veľkého tresku, presne načas t = 0 , potom jeho hmotnosť musí byť nekonečná. Ak počítate od nejakého iného momentu ... nazýva sa to Planckov moment. Planckov moment je moment 10 k mínusovej mocnine... No, niekedy ešte napíšem na tabuľu... Takže, t Planck je asi 10 mínus štyridsaťtri sekúnd ( t p ~ 10–43 s). Toto je bod, v ktorom po prvýkrát môžeme uvažovať o vesmíre z hľadiska normálneho časopriestoru, pretože ak vezmeme objekty v časoch menších, ako je táto, alebo vo vzdialenosti menšej ako Planckova vzdialenosť (to je 10 - 33 cm ), - ak si zoberieme menšiu vzdialenosť, tak pri menších vzdialenostiach časopriestor kolíše tak silno, že ich nebude možné zmerať: pravítka sa ohýbajú, hodiny sa točia, akosi nie dobre... Preto začína normálna úvaha od tohto momentu. A v tom momente mal vesmír nezvyčajne veľkú váhu. Poviem vám ktorý - o niečo neskôr. A čo urobil inflačný vesmír: naučili sme sa, ako vysvetliť, ako môžete získať celý vesmír z menej ako jedného miligramu hmoty. Všetko, čo teraz vidíme...

A poďme ďalej, predbežné údaje. Najjednoduchšie modely vesmíru, čo je v učebniciach, sú tri možné Friedmanove modely. Prvý je uzavretý vesmír, [druhý] je otvorený vesmír a [tretí] je plochý vesmír. Tieto obrázky sú len príklady. Význam je nasledovný.

Tu najjednoduchšia možnosť- plochý vesmír. Geometria plochého vesmíru je rovnaká ako geometria plochého stola, t.j. rovnobežné čiary zostávajú rovnobežné a nikdy sa nepretínajú. Aký je rozdiel, ako sa líši od plochého stola? To, že ak mám dve rovnobežné čiary... napríklad dva lúče svetla išli rovnobežne vedľa seba... Vesmír sa rozpína, takže hoci sú rovnobežné, dva lúče svetla sa od seba vzďaľujú kvôli na skutočnosť, že celý vesmír sa rozpína. Preto povedať, že geometria plochého stola nie je úplne správna. Vesmír je krivka v štvorrozmernom zmysle. V trojrozmernom zmysle je plochý.

Uzavretý vesmír je ako geometrické vlastnosti na vlastnostiach povrchu gule. To znamená, že ak mám dve rovnobežné čiary na rovníku, tak sa pretínajú na severnom a južnom póle. Rovnobežné čiary sa môžu pretínať. A my tak trochu žijeme na povrchu gule, ako blcha, ktorá sa plazí po celej zemeguli. Ale prirovnanie je tiež povrchné - v dvoch významoch. Náš vesmír je ako trojrozmerná guľa v štvorrozmernom priestore. Musíte kresliť obrázky, ale v skutočnosti iba analógie ... A okrem toho sa to rozširuje. Ak sa chceme dostať od rovníka k severnému pólu, tak nebudeme mať dostatok času – takýto vesmír sa môže zrútiť, alebo sa tam nedostaneme, lebo sa príliš rýchlo rozpína.

Otvorený vesmír sa svojimi vlastnosťami podobá vlastnostiam hyperboloidu, to znamená, že ak začnem dve rovnobežné čiary na hrdle hyperboloidu, začnú sa rozchádzať a nikdy sa nestretnú.

Existujú tri hlavné modely. Navrhol ich Friedman už pomerne dávno, v 20. rokoch minulého storočia, a Einsteinovi sa veľmi nepáčili. Nepáčilo sa mi to, pretože sa to zdalo byť v rozpore s ideológiou, na ktorej boli ľudia tej doby vychovaní. Ideológia bola taká, že Vesmír je predsa súradnicový systém, no, súradnice, tie sa nerozširujú, je to len mriežka. Ľudia v Európe vždy verili – najprv verili – že vesmír je konečný a statický. Je konečný, pretože Boh je nekonečný a Vesmír je menší ako Boh, takže musí byť konečný, ale statický ... no, pretože čo by mal robiť - súradnicový systém ... Potom opustili prvý predpoklad a povedali že Boh veľa nestratí, ak dá jeden zo svojich atribútov vesmíru a urobí ho nekonečným, ale stále sa považovalo za statický.

Rozpínanie vesmíru bola zvláštna vlastnosť, proti ktorej sa dlho bojovalo, kým nevideli, že sa vlastne rozpína. To znamená, že to, čo sa stalo za posledných pár rokov, experimentálne nie je in teoretickej fyziky, ale v experimentálnej kozmológii. Z toho vyplynuli dve veci. Začneme druhým. V roku 1998 ľudia videli, že vesmír sa teraz zrýchľuje. Čo znamená zrýchlený? No, tu sa to nejakou rýchlosťou rozširuje. V skutočnosti je to trochu nesprávne...

Takže tu a je mierka vesmíru a s bodkou ( å ) je rýchlosť expanzie vesmíru, a s bodkou deliť a (å /a) Je tu a, napríklad vzdialenosť od jednej galaxie k druhej, nazvime to písmeno a. A to ( å /a) je rýchlosť, ktorou galaxie od seba utekajú. Tu je táto vec å /a= H) je Hubbleova konštanta, v skutočnosti závisí od času. Ak sa táto vec časom zmenšuje, neznamená to, že sa vesmír prestane rozpínať. To znamená rozšírenie a s bodom väčším ako nula ( å > 0). Ľudia však teraz zistili, že teraz sa tento režim asymptoticky približuje konštante ( å /a= H → const), teda nielen a s bodkou je pozitívny, ale toto je ich vzťah, má tendenciu ku konštante. A ak áno Diferenciálnej rovnice riešenie, ukazuje sa, že mierkový faktor vesmíru sa správa asymptoticky približne takto: a ~ e H t- Vesmír sa bude rozpínať exponenciálne, a to sa predtým veľmi neočakávalo. To znamená, že ide o zrýchlenú expanziu vesmíru a skôr sa podľa štandardnej teórie ukázalo, že vesmír by sa mal rozširovať so spomalením.

Tu je objav posledných deviatich rokov. Najprv si ľudia mysleli, že niekde ide o experimentálnu chybu, niečo iné, potom ich začali nazývať inými slovami – kozmologická konštanta, energia vákua, tmavá energia... Tak toto sa nedávno stalo. Teória, o ktorej teraz budem hovoriť, je inflačná kozmológia. Predpokladá to (a teraz sa čoraz viac zdá, že to bol pravdepodobne správny predpoklad, stále to nevieme s istotou - existujú konkurenčné teórie, aj keď sa mi tam nepáčia, ale preto sú to uhly pohľadu ) - ale zdá sa, že čo to je správna vec, - čo v raný vesmír Zdá sa, že aj vesmír sa rozpínal zrýchleným tempom. Navyše s oveľa väčším zrýchlením, než s akým sa teraz rozširuje – o mnoho desiatok rádov väčším zrýchlením. Tieto dva objavy... zrejme by sa mali pokúsiť nejako interpretovať.

Takže obrázky, ktoré sa často kreslia súčasne... Tu (tento červený obrázok zatiaľ nepozerajte) je štandardný, z učebnice. Ak je Vesmír uzavretý - to znamená, že geometria je podobná geometrii gule, povrchu gule - potom vzniká z singularity a zaniká do singularity, má konečnú životnosť. Ak je plochý, potom vzniká z jedinečnosti a rozširuje sa do nekonečna. Ak je otvorený, pokračuje tiež v pohybe konštantnou rýchlosťou.

Čo sa ukázalo, čo som práve povedal o tejto temnej energii, kozmologickej konštante, zrýchlení vesmíru - ukázalo sa, že sa to správa takto. A ukázalo sa, že sa správa takto, čokoľvek to je- otvorené, zatvorené, ploché ... Vo všeobecnosti v takýchto prípadoch ide o niečo také. Teraz, keď otvoríme učebnice astronómie, v podstate tu stále zverejňujú tieto tri obrázky, a to je to, k čomu sme boli posledné roky vychovávaní. Preto existencia tohto posledného bola pozoruhodným objavom a súvisí s tým, že ľudia verili, že vo vákuu, v prázdnote, existuje nenulová hustota energie. Je veľmi malý: má rovnaký rád ako energetická hustota hmoty vo vesmíre – 10–29 g/cm 3 . A keď si niekedy predstavím týchto ľudí, poviem si: "Pozri, to sú ľudia, ktorí merali energiu ... nič." Takže tu je červená čiara.

Všeobecný obraz distribúcie energie... Keď hovorím „energia“ alebo hovorím „hmota“, „látka“, mám na mysli to isté, pretože, ako vieme, E rovná sa mc námestie ( E = mc 2), to znamená, že tieto dve veci sú navzájom úmerné ... Existuje temná energia ...

Celkový rozpočet energie a hmoty vo vesmíre predstavuje takýto koláč: približne 74 % tvorí tmavá energia. Čo to je, nikto nevie. Buď je to energia vákua, alebo je to energia pomaly sa meniaceho rovnomerne rozloženého špeciálneho skalárneho poľa – o tom neskôr. Tak a je to tu samostatná časť, nekrčí sa. Čo tým chcem povedať? Nezablúdi do galaxií. Temná hmota (približne 22 % z celkového rozpočtu) je niečo, čo sa zhlukuje, ale čo nevidíme. Niečo, čo môže zablúdiť do galaxií, ale čo my nevidíme, nežiari. A asi 4-5% je "normálna" hmota. Tu je rozpočet celej našej záležitosti.

A tam vonku sú záhady. Prečo sú v rovnakom poradí, tieto množstvá a prečo je v prázdnote toľko energie? Ako to vôbec dopadlo, že sme si, takí hrdí, mysleli, že všetko je rovnakého typu ako my, ale dali nám len štyri percentá ... Takže ...

Teraz - inflačný vesmír. Zatiaľ je tam len odkaz, aby bolo jasné, o čom hovorím a až potom sa začne kauza. Inflácia je taká, aká je. Tu je to, čo bolo na predchádzajúcich obrázkoch, že Vesmír sa začal a začal sa rozpínať a pamätajte, že oblúk bol zakrivený týmto smerom... Teraz, ak sa vrátim, ukážem vám toto všetko... vidíte , všetky oblúky - boli takto zakrivené. Inflácia je časť trajektórie, ktorá v istom zmysle existovala pred Veľkým treskom, predtým, ako sa oblúk začal takto ohýbať. Toto je čas, keď sa vesmír exponenciálne rozširoval a vesmír sa rozširoval so zrýchlením. Spočiatku mohol mať veľmi malú veľkosť a potom nastalo štádium veľmi rýchlej expanzie, potom sa zahrial a potom sa stalo všetko, čo bolo napísané v učebniciach: že vesmír bol horúci, explodoval ako horúca guľa - to bolo všetko po fáze nafukovania a počas nafukovania tam nemohli byť žiadne častice. Tu je odkaz.

Prečo bolo toto všetko potrebné? A potom, tí ľudia sa pred 25 rokmi – už trochu viac – pozreli na teóriu veľkého tresku a pýtali sa rôzne otázky. Uvediem zoznam otázok.

Čo sa stalo, keď nebolo nič? Je jasné, že otázka je nezmyselná, prečo sa ju pýtať... V učebnici Landaua a Lifshitza sa píše, že riešenie Einsteinových rovníc nemôže pokračovať v oblasti záporného času, takže je zbytočné pýtať sa, čo bolo predtým. Nedáva to zmysel, ale aj tak sa všetci ľudia pýtali.

Prečo je vesmír homogénny a izotropný? Otázka: prečo, naozaj? Čo znamená homogénny? No ak sa pozrieme vedľa seba, naša Galaxia nie je homogénna. Vedľa nás je slnečná sústava – veľké nehomogenity. Ak sa však pozrieme na rozsah celej časti vesmíru, ktorú v súčasnosti pozorujeme, teda týchto 13 miliárd svetelných rokov, potom má vesmír napravo a naľavo od nás v priemere rovnakú hustotu s presnosťou približne jedna. desaťtisíc, a ešte lepšie ako to. Tak to niekto vyleštil, prečo je to také jednotné? A na začiatku minulého storočia sa na to odpovedalo nasledovne. Existuje niečo, čo sa nazýva "kozmologický princíp": že vesmír musí byť homogénny.

Kedysi som vtipkoval, že ľudia, ktorí nemajú dobré nápady, majú niekedy zásady. Potom som s tým prestal, pretože sa ukázalo, že tento princíp zaviedol najmä Albert Einstein. Len vtedy ešte ľudia nevedeli a stále sa v mnohých knihách o astronómii hovorí o kozmologickom princípe – že vesmír musí byť homogénny, pretože...no, tu je homogénny!

Na druhej strane vieme, že princípy – tie musia byť potom úplne správne. Tam, nepoznám osobu, ktorá berie malýúplatky, nemožno ho nazvať mužom zásad. Náš vesmír bol trochu heterogénny – má galaxie, sú pre nás nevyhnutné, takže odniekiaľ musíme pochopiť, odkiaľ galaxie pochádzajú.

Prečo sa všetky časti vesmíru začali rozpínať súčasne? Tá časť je Vesmír a tá časť je Vesmír, nehovorili spolu, keď sa Vesmír práve začal rozpínať. Napriek tomu, že veľkosť vesmíru bola malá, na to, aby jedna časť vesmíru vedela, že druhá sa začala rozpínať, je potrebné, aby človek, ktorý tu žije - teda imaginárny človek - vedel, že táto časť sa začali rozširovať.. A na to by musel dostať signál od tejto osoby. A to by si vyžadovalo čas, takže ľudia sa nevedeli nijako zhodnúť, najmä v nekonečnom Vesmíre, že hurá, musíme sa začať rozširovať, už povolili... Takže toto je dôvod, prečo sa všetky časti Vesmíru začali zároveň rozšíriť...

Prečo je vesmír plochý?Čo je dnes už experimentálne známe, je, že Vesmír je takmer plochý, teda rovnobežné čiary, tie sa v pozorovateľnej časti Vesmíru nepretínajú. znamená, prečo Je vesmír taký plochý? V škole nás učia, že rovnobežné čiary sa nepretínajú, ale na univerzite hovoria, že vesmír môže byť uzavretý a môžu sa pretínať. Prečo mal teda Euclid pravdu? neviem…

Prečo je toho vo vesmíre toľko elementárne častice? V časti vesmíru, ktorú pozorujeme, je viac ako 10 87 elementárnych častíc. Štandardná odpoveď na to bola, že vesmír je veľký, a preto... prečo je taká veľká? A mne sa to niekedy hromadí takto: prečo prišlo na prednášku toľko ľudí? - ale pretože v Moskve je toľko ľudí... - prečo je v Moskve toľko ľudí? - a Moskva je len časť Ruska a v Rusku je veľa ľudí, niektorí prišli na prednášku ... - prečo je toľko ľudí v Rusku a ešte viac v Číne? Vo všeobecnosti žijeme len na jednej planéte a máme na nej veľa planét slnečná sústava, a teraz sa vo Vesmíre stále nachádza ešte viac planét a vy viete, že v našej Galaxii je 10 11 hviezd, a teda niekde sú planéty, niekde ľudia, niektorí prišli na prednášku ... Prečo je v našej galaxii toľko hviezd? Viete, koľko galaxií je v našej časti vesmíru? Okolo 10 11 -10 12 galaxií a v každej z nich sa točí 10 11 hviezd, planét a na prednášku prišli ľudia. Prečo máme toľko galaxií? No, pretože Vesmír je veľký... Takže... a tu končíme.

A ak si vezmeme napríklad Vesmír - typický uzavretý Vesmír, ktorý by mal jedinú typickú veľkosť, ktorá je dostupná v všeobecná teória relativita spolu s kvantovou mechanikou, - 10–33 cm, počiatočná veľkosť. Takže stlačiť hmotu na veľmi limitnú hustotu, ktorá je len možná (toto je takzvaná Planckova hustota, ρ Planckova hustota), je približne 10 94 g / cm 3 ... Prečo je to limitujúce? Nie je to obmedzujúce v tom zmysle, že by sa nedalo pokračovať, ale v tom zmysle, že ak stlačíte hmotu do takej hustoty, tak Vesmír začne tak kolísať, že sa to nedá opísať normálnym spôsobom. To znamená, že ak vezmeme a stlačíme hmotu na najvyššiu hustotu, vložíme do nej uzavretý Vesmír prirodzenej veľkosti a spočítame počet elementárnych častíc, ktoré tam sú, ukáže sa, že obsahuje jeden elementárna častica. Možno desať elementárnych častíc. A potrebujeme 10 87 . Preto to skutočný problém- kde, prečo je toľko elementárnych častíc?

Tým sa záležitosť nekončí. Odkiaľ sa vzala všetka energia vo vesmíre? Predtým som to takto pre seba ani neformuloval, až kým som nebol pozvaný do Švédska na nejaké Nobelove sympózium venované energetike... čiže sa tam zišli ľudia, ktorí sa venujú ťažbe ropy alebo niečomu inému. A dali mi príležitosť otvoriť túto konferenciu a prvá správa... Nevedel som pochopiť, čo odo mňa chcú? Nezaoberám sa ťažbou ropy, nezaoberám sa solárnou energiou a veternou energiou, čo môžem povedať o energii vo všeobecnosti? No, potom som začal správu s tým, že som povedal: viete, odkiaľ pochádza energia vo vesmíre? Viete, koľko máme energie? Poďme počítať.

Energia hmoty vo vesmíre nie je zachovaná. Prvý paradox. Vieme, že energia sa šetrí, ale to nie je správne. Pretože ak napríklad dáme plyn do krabice a necháme krabicu expandovať... Tu je krabica - toto je náš vesmír, nechajme krabicu expandovať. Plyn - vyvíja tlak na steny boxu. A keď sa krabica roztiahne, tento plyn pôsobí na steny krabice, a preto, keď sa krabica roztiahne, plyn stráca svoju energiu. Pretože robí prácu, všetko je správne, existuje rovnováha energie. Ale jediným faktom je, že počas expanzie vesmíru sa celková energia plynu znižuje. Pretože existuje štandardná rovnica: zmena energie sa rovná mínus tlak krát zmena objemu ( dE = –PdV). Objem Vesmíru rastie, tlak je pozitívny, takže energia klesá.

Tu vo všetkých modeloch vesmíru, normálnych, tých, ktoré boli spojené s teóriou veľkého tresku, sa celková energia vesmíru znížila. Ak je to teraz 10 50 ton, tak koľko to bolo na začiatku? Pretože energia sa len plytvá. Takže na začiatku ich malo byť viac. Niekto musel vytvoriť tento vesmír s oveľa väčšou energiou ako teraz. Na druhej strane treba niečo zachovať. A kde sa táto energia minie počas expanzie vesmíru? Vynakladá sa na to, že veľkosť vesmíru sa mení, že vesmír sa rozpína ​​určitou rýchlosťou. Existuje určitá energia, ktorá je ukrytá v geometrii vesmíru. Existuje energia, ktorá je spojená s gravitáciou. A tak celková suma energiu hmoty a gravitačnej energie, je uložený. Ale len ak si spočítate celkovú sumu. Existujú rôzne metódy počítania - a opäť sa tam dáva čiarka - ale pri určitej metóde počítania, celkového súčtu energie hmoty a gravitácie, sa to jednoducho rovná nule. To znamená, že energia hmoty je kompenzovaná energiou gravitačnej interakcie, takže je tam nula. A preto áno, začalo to od nuly, skončí to nulou, všetko je zachované, ale len tento zákon zachovania, ten sa nám veľmi nehodí. Kde sa vzala taká obrovská energia, nám nevysvetľuje. Tak koľko?

Tu mala podľa teórie Veľkého tresku celková hmotnosť hmoty na začiatku, keď sa Vesmír zrodil, presiahnuť 10 80 ton.To už je veľa. To je dosť veľa... A ak by som to všetko rátal aj priamo zo singularity, tak vo Vesmíre malo byť jednoducho nekonečné množstvo hmoty. A potom vyvstáva otázka: kde nám niekto dal toto nekonečné množstvo hmoty, ak pred okamihom vzniku vesmíru nebolo nič? Najprv tam nebolo nič a potom sa to zrazu stalo, a to tak veľa, že to bolo dokonca trochu zvláštne. Teda, kto to mohol urobiť?... Fyzici však otázku takto formulovať nechceli a ani teraz nechcú.

Preto môže byť dobré, že sa našla teória, ktorá umožňuje, aspoň v princípe, vysvetliť, ako by sa to všetko dalo urobiť, počnúc kúskom Vesmíru s počiatočným množstvom hmoty menším ako jeden miligram. No, keď o tom hovorím, myslím si to normálny človek Myslel som si, že keby sa niečo také povedalo už dávno, alebo keby sme nepísali rovnice v rovnakom čase a tak ďalej ...

Pamätám si, že keď ma sem eskortovali k vedúcemu výskumníkovi, zavolali mi a začali sa ma pýtať: „Čo robíš? A začal som im hovoriť, že sa tu angažujem najmä ja rôzne časti Môže sa ukázať, že fyzikálne zákony môžu byť vo vesmíre odlišné: sčasti existuje elektromagnetická interakcia, sčasti nie... Povedali mi: „No, toto je už príliš!“ Ale vyššie vedecké všetko bolo dané. Toto je samotná teória mnohostranného vesmíru, o ktorej vám poviem.

Teraz prejdeme k veci, k teórii inflačnej kozmológie. Po prvé, najjednoduchší model. Najjednoduchší model vyzerá takto. Tu máte nejaké skalárne pole, ktorého energia je úmerná štvorcu skalárneho poľa. Prvé najjednoduchšie slová - a už tu vyvstáva otázka: čo je skalárne pole? Niektorí ľudia vedia, niektorí nie. Niektorí ľudia vedia, že vo Švajčiarsku sa stavia obrovský urýchľovač na nájdenie Higgsovej častice. Higgsova častica je častica, ktorá je akoby excitačným kvantom špeciálny typ skalárne pole. To znamená, že ľudia tieto polia využívajú už dlho, viac ako tridsať rokov. Ale intuitívny význam je najjednoduchšie pochopiť pomocou analógie. Tu, tu je v sieti 220 voltov. Ak by tam bolo len 220 voltov a nebola by tam žiadna nula, celý vesmír by bol naplnený 220 voltami, potom by neexistoval prúd, nikam by nič neprúdilo, pretože by to bol len iný stav vákua. Amerika má 110 voltov. To isté - ak by to bolo len 110 voltov, nič by neprúdilo ... Ak by ste chytili jednu stranu jednou rukou a druhú ruku, zabili by ste sa priamo tam, pretože potenciálny rozdiel je aký ... I treba prestať…

Dobre. Takže konštantné skalárne pole je analógom toho istého poľa. Toto nie je presná analógia, ale približná analógia. Čo je vektorové pole? Vektorové pole - napríklad elektromagnetické. Má veľkosť a smer. Čo je skalárne pole? Má veľkosť, ale nemá smer. To je celý rozdiel, to znamená, že je oveľa jednoduchší ako elektromagnetické pole. Nemá smer, je to lorentzovský skalár. Lorentzovský skalár - to znamená nasledovné. Ak bežíte v porovnaní s ním, nebudete mať pocit, že bežíte: nič sa nezmenilo. Ak sa otočíte, tiež sa nič nezmení, nebudete mať pocit, že sa otáčate. Vyzerá to ako vákuum, ak sa nehýbe, ak je konštantné. Ale iba toto je špeciálne vákuum, pretože môže mať potenciálnu energiu. Toto je jeho prvá nehnuteľnosť. A po druhé, ak máte v rôznych častiach vesmíru rôzne vákuum, potom existujú aj rôzne hmotnosti elementárnych častíc, rôzne vlastnosti, teda od toho, či toto skalárne pole existuje alebo nie, a) závisia vlastnosti elementárnych častíc a b) hustota energie vákua vo vesmíre, takže v zásade platí, dôležitá vec. A tak najjednoduchšia teória, pre ktoré je energia tohto skalárneho poľa úmerná jeho druhej mocnine.

Pozrime sa na rovnice. Nebudem teraz riešiť žiadne rovnice, ale ukážem ich, takže sa nebojte ... Prvá je trochu zjednodušená Einsteinova rovnica, ktorá hovorí: toto je rýchlosť expanzie vesmíru delená veľkosťou, toto je druhá mocnina Hubbleovej konštanty a je úmerná hustote energie hmoty vo vesmíre. A teraz chcem všetko zanedbať - tam, plyn, čokoľvek ... nechať len skalárne pole. A tu by bolo potrebné napísať gravitačnú konštantu, stále je tu osem pí na tri ...

Teraz zabudnime na gravitačnú konštantu. Ľudia, ktorí robia túto vedu, hovoria: dobre, zoberme si gravitačnú konštantu rovný jednej, rýchlosť svetla rovná jednej, Planckova konštanta rovná jednej a potom, keď je všetko vyriešené, vložíme to späť do riešenia, aby to bolo jednoduchšie ...

Takže toto je trochu zjednodušená Einsteinova rovnica, vyhodil som odtiaľ aj pár pojmov, ktoré sa odtiaľ samé vyhodia potom, čo vesmír začne rýchlo odfukovať. Toto je pohybová rovnica pre skalárne pole. Teraz sa na toho vtáka nepozeraj. Toto je zrýchlenie skalárneho poľa a to ukazuje silu, s ktorou sa pole chce ponáhľať do svojej minimálnej energie. A aby bolo jasné, porovnajte to s rovnicou pre harmonický oscilátor. Opäť sa na toho člena nepozeraj. Toto je zrýchlenie harmonického oscilátora, úmerné vratnej sile. To znamená sila, ktorá ťahá pole oscilátora do bodu X= 0 a toto je jeho zrýchlenie. A vieme ako to skončí. Oscilátor takto kmitá. A ak pridáme takýto výraz, X s bodkou. Toto je rýchlosť oscilátora. To znamená, že ak ho posunieme týmto smerom, bude jasné, že je to ako sila, ktorá nedovolí oscilátoru rýchlo sa pohybovať. Je to podobné, ako keď do vody strčíte kyvadlo, voda mu prestane kmitať a bude kmitať čoraz pomalšie. Akoby sila trenia alebo viskozita.

Ukazuje sa, že aj vesmír má podobný pojem, ktorý popisuje rovnicu pre skalárne pole. Rovnica vyzerá úplne rovnako. A tento člen je podobný tomuto. Ukazuje sa, že vo vesmíre dochádza k efektu trenia, ak sa vesmír rýchlo rozpína. Tu je trik. Teraz sa vráťme k predchádzajúcemu obrázku.

Vtedy je tu skalárne pole, vtedy má skalárne pole málo energie, Vesmír sa pomaly rozpína, nedochádza k treniu. Ak je tu skalárne pole, potom je energia veľmi veľká. Ak je energia veľmi veľká, pozrime sa, čo sa stane na nasledujúcom obrázku.

Energia je veľmi veľká, Hubbleova konštanta je veľká, koeficient trenia je veľký. Ak je koeficient trenia veľký, skalárne pole sa valí nadol veľmi pomaly. Ak sa skalárne pole valí nadol veľmi pomaly, potom po dlhú dobu zostáva takmer konštantné. Ak zostane takmer konštantná, vyriešim túto rovnicu: a s bodkou a(å /a) je takmer konštantná. A už som vám povedal, aké bude riešenie. Ak a s bodkou a(å /a) je takmer konštantná, potom ide o exponenciálne riešenie, najjednoduchšiu diferenciálnu rovnicu. A v tomto prípade sa vesmír začne exponenciálne rozpínať.

Logika je takáto: ak veľký význam skalárne pole φ, vysoká rýchlosť rozpínania vesmíru, veľký koeficient trenia, pole φ sa valí veľmi pomaly. Vyriešením diferenciálnej rovnice s konštantou dostaneme exponenciálny rozvoj, to je inflácia. Všetko je veľmi jednoduché.

Predtým bolo potrebné vo všeobecnosti trpieť, aby sa to premyslelo, aby sa všetko zredukovalo na jednoduché. V skutočnosti to všetko začalo oveľa zložitejším. Po prvýkrát začal Alyosha Starobinsky vyjadrovať myšlienky tohto typu v roku 1979 tu v Rusku. Jeho verzia tejto teórie bola založená na kvantovej gravitácii s určitými korekciami - konformné anomálie, teória bola veľmi zložitá, nebolo jasné, ako, kde začať, ale napriek tomu bola teória v Sovietskom zväze veľmi populárna, bola nazývaný "Starobinského model" . Ale trochu komplikované, nebolo jasné, aký bol jeho účel. Chcel vyriešiť problém singularity, ale nefungovalo to...

Potom vzniklo to, čo sa dnes nazýva stará teória inflácie, ktorú v roku 1981 navrhol Alan Guth z MIT – teraz je na MIT a býval v SLAC vedľa Stanfordu. Navrhol, že od samého začiatku je vesmír uväznený vo svojej energii v stave falošného vákua, nikam sa nepohybuje, energia je tam konštantná, v tomto čase sa exponenciálne rozpína ​​a potom sa toto falošné vákuum rozpadne. vytvárajú sa bubliny, zrážajú sa ... Prečo to bolo potrebné? A jeho túžbou bolo vyriešiť ten zoznam problémov, ktoré som vám napísal predtým: prečo je vesmír homogénny, prečo je izotropný, prečo je taký veľký – toto bolo jeho cieľom. A to bola zásluha jeho práce. Nie preto, že by navrhol model – jeho teória nefungovala, ale preto, že povedal, že by bolo skvelé niečo také urobiť a potom všetky tieto problémy naraz vyriešime. A jeho model nefungoval, pretože po zrážke bublín sa vesmír stal tak nehomogénnym a izotropným, že to nebolo potrebné ani skúšať ...

Potom sme boli všetci v stave duchovnej krízy, pretože tá predstava bola taká príjemná, taká milá a mal som žalúdočný vred, možno z ľútosti, že to nebolo možné, jednoducho to nevyšlo. A potom som prišiel na to, ako urobiť to, čo som nazval novou inflačnou teóriou, a potom som prišiel na túto jednoduchú vec s chaotickou infláciou, ktorá bola najjednoduchšia. A potom sa ukázalo, že nehovoríme o nejakom triku, ale všetko môže byť také jednoduché ako teória harmonického oscilátora.

Ale prečo je to všetko potrebné, som nepovedal. Ale prečo. Počas inflácie, počas tejto fázy, keď som sa valil nadol, sa vesmír mohol mnohonásobne rozšíriť. Toto je v najjednoduchších modeloch. Čo znamená toto číslo? No, teraz vám poviem, čo to znamená. Príklad z aritmetiky. Najmenšia mierka je 10–33 cm, vynásobím to desiatimi a potom sa tu nakreslí taký počet núl - bez ohľadu na to, koľko núl. Teraz vyvstáva otázka: aký je produkt? A odpoveď je, že tu sa to rovná tomu istému - to znamená, že 10-33 sa už nedá napísať, to je maličkosť. To znamená, že vesmír má takú obrovskú veľkosť. Koľko toho teraz vidíme? Týchto 13 miliárd rokov, vynásobených rýchlosťou svetla, je asi 10 28 cm.Ale nezáleží ani na tom, čo - na centimetroch alebo milimetroch, dokonca ani na tom nezáleží. Dôležité je, že toto je, no, neporovnateľne menšie ako toto.

Teda naša pozorovateľná časť Vesmíru – sme niekde tu. ( Môžete to teraz splatiť?) Vesmír sa začal rozpínať, napučiavať, napučiavať, napučiavať a my žijeme akoby na povrchu tejto obrovskej zemegule. A preto sa paralelné čiary zdajú byť rovnobežné, preto tento severný a južný pól nikto nevidel. Preto naša časť Vesmíru, niekde tu, začala niekde odtiaľto, takmer z bodky, a preto sú tu všetky počiatočné vlastnosti, no, sú vedľa seba, boli približne rovnaké. Takže tu sú rovnaké.

Prečo je vesmír taký homogénny? No predstavte si, že ste toľkokrát zobrali Himaláje a roztrhali ich. To znamená, že tam nikto nepôjde s ruksakom, lebo z doliny do hory to dá toľko prejsť. Vznikne rovná plocha. Preto je náš vesmír taký plochý, taký homogénny, rovnaký vo všetkých smeroch.

Prečo je izotropný? Čo je izotropné? Vyzerá to ako guľa, vo všetkých smeroch rovnaká, ale môže to byť ako uhorka. Ale keď toľkokrát nafúknem uhorku - a žijeme na jej šupke - tak bude vo všetkých smeroch rovnaká, takže Vesmír sa stane vo všetkých smeroch rovnaký. To znamená, že týmto spôsobom riešime väčšinu problémov, ktoré sme mali. Prečo je vesmír taký veľký? A tu je dôvod! Koľko je tam elementárnych častíc? Ale toľko! Preto máme dosť...

To znamená, že stále nevieme, kde sa to všetko vzalo, nedokážeme vyriešiť problém počiatočnej singularity tak jednoducho - o tom si povieme trochu ďalej - ale na to bola táto teória potrebná.

Na druhej strane sa môže ukázať, že sme sa trochu prepracovali. Pretože ak budú Himaláje úplne sploštené, tak celý Vesmír bude taký plochý a homogénny, že sa tam bude naozaj zle žiť, tak galaxie odnikiaľ nezoberieme.

Ukázalo sa však, že vďaka kvantovým fluktuáciám je možné vytvárať galaxie. A toto povedali Chibisov a Muchanov tu, vo FIAN. Študovali Starobinského model a videli, že ak sa pozriete na kvantové fluktuácie vesmíru a potom sa pozriete na to, čo sa deje počas expanzie vesmíru, môžu viesť k vzniku galaxií. Pozreli sme sa na nich a pomysleli sme si: o čom to tu hovoríte? Hovoríte o kvantových fluktuáciách a my hovoríme o galaxiách! Sú skutočné... A potom sa to ukázalo. To je už vtedy, keď sme to všetko preložili do jazyka skalárneho poľa a tak ďalej... Výborne, vo všeobecnosti, ľudia! Na toto si mal myslieť!

Vesmír funguje ako laser, ale namiesto laserového poľa produkuje galaxie. To sa deje. Zoberme si skalárne pole, najprv vysokofrekvenčné, kvantové fluktuácie. Kvantové fluktuácie vždy existujú. Tu v tejto posluchárni, v malých vzdialenostiach, sú kvantové fluktuácie. Je dobré, že ste mi dali dve hodiny, nedokončil by som to ... O dve hodiny pravdepodobne skončím ...

Takže kvantové fluktuácie existujú teraz, práve tu, ale neustále oscilujú; Len ich nevidíte, nie sú pre nás dôležité. Predpokladajme však, že počas rýchlej expanzie vesmíru došlo k takejto kvantovej fluktuácii. S expanziou vesmíru sa to natiahlo. Keď je dostatočne natiahnutý - pamätáte si na rovnicu skalárneho poľa, kde je bodkovaný 3Hφ člen? Rovnica, trecí člen. Keď ste mali krátkovlnné pole, nevedelo nič o trení, pretože bilo s takou energiou, že sa nedalo zastaviť trením. A potom, keď sa to natiahlo, stratilo energiu a zrazu pocítilo, že sa Vesmír rozpína, že dochádza k treniu, a tak to zamrzlo. Zamrzol a pokračoval v rozširovaní, čím sa napínal vesmír.

Potom sa na pozadí tohto kolísania, ktoré je tu zakreslené, natiahli predchádzajúce kolísanie, ktoré bývalo veľmi krátkovlnné, energické atď. pozadie tých výkyvov, ktoré predtým zamrzli.

Potom sa vesmír ďalej rozširoval a nové výkyvy zamrzli a vesmír sa exponenciálne rozširoval. A čo sa stalo v dôsledku toho? Že všetky tieto výkyvy narástli do veľkých rozmerov.

Teraz vysvetlím, čo to je: je to výsledok výpočtov, ktoré akoby simulovali výskyt fluktuácií a ich ďalší vývoj. Vysvetlím, čo to bude, čo to je. Ide o to. Že sme vzali tieto kvantové fluktuácie. Sú zamrznuté. Vesmír sa stal exponenciálne nehomogénnym veľkého rozsahu. Tieto nehomogenity sú ja t, sto ja t, sto ja t... Potom inflácia skončila. Potom - táto časť Vesmíru túto časť Vesmíru ešte nevidí. A potom plynul čas a uvideli sa. A keď to videli, táto časť vesmíru povedala: „Ach, ja mám menej energie a ty máš viac energie; poď, všetky kamene odo mňa budú lietať týmto smerom, lebo gravitácia je tu silnejšia. A tieto výkyvy uvoľňujú. To znamená, že najskôr boli zmrazené - kvôli rýchlemu rozpínaniu vesmíru. A potom, keď sa tieto dve časti Vesmíru navzájom uvideli, tieto výkyvy zamrzli, a to je doslova ... podľa baróna Munchausena.

Neviem, ako dieťa vás teraz učia, čítajú tam baróna Munchausena? Boli sme prečítaní. Ako cestoval po Rusku. Hoci bol nemecký klamár, cestoval po Rusku, po Sibíri. Lovili. A bol taký strašný mráz, že keď chcel zavolať kamarátov, aby sa dali dokopy, povedal „tu-tu-tu-tu!“, no nič sa nestalo, lebo zvuk v klaksóne zamrzol. No, potom bola zima, ako skúsený vykopal jaskyňu v snehu, zahrabal sa tam ... Na druhý deň ráno zrazu počuje: „Tu-tutu-tutu!“. Čo sa stalo? Zvuk sa stráca. Pretože ráno sa objavilo slnko, všetko, sneh sa roztopil a zvuk utíchol ...

Tu je to rovnaké: najprv kvantové fluktuácie zamrzli, rozprestierali sa na veľkú vzdialenosť a potom, keď prišlo k formovaniu galaxií, zamrzli a nehomogenity sa zhromaždili a stali sa galaxiou.

Najprv sme začali s kvantovými fluktuáciami. Potom sme ich rýchlo urobili obrovskými. A keď sme ich urobili obrovskými, urobili sme ich vlastne klasické. Vtedy nekmitali, nezmizli, zamrzli, boli veľké. Tu je tento trik - ako urobiť niečo klasické z niečoho kvantového.

Takže toto ukazuje film. Ak začneme s niečím takmer homogénnym, ako napríklad teraz, a potom sem začneme pridávať tieto sínusoidy... Každý nový snímok zobrazuje exponenciálne veľký vesmír. Počítač sa však nedokázal roztiahnuť, takže sme obrázky skomprimovali. V skutočnosti musíte pochopiť, že každý obrázok zodpovedá exponenciálne väčšiemu a väčšiemu vesmíru. A vlnové dĺžky všetkých týchto hodnôt sú v momente ich vzniku približne rovnaké. A potom sa natiahnu, ale tu nevidíte, že ide o zdravú sínusoidu. Zdá sa, že toto je vrchol, veža je ostrá ... Je to jednoducho preto, že ich počítač skomprimoval.

Ďalšia vec tiež nie je viditeľná: že na tých miestach, kde skalárne pole vyskočilo náhodou veľmi vysoko, sa na tomto mieste energia skalárneho poľa ukáže byť taká veľká, že na tomto mieste sa vesmír začne rozširovať ešte oveľa rýchlejšie ako on. rozšírené tu. A preto v skutočnosti, ak by bolo správne nakresliť obrázok - no, len počítač to nedokáže a nie je to chyba počítača, to je len fyzika: neviete si predstaviť položený zakrivený priestor v našom priestore je to len krivé, ako zakrivená plocha, nie vždy sa to podarí, takže tu sa nedá nič robiť - len treba pochopiť, že toto sú vrcholy, čo znamená, že veľkosť odtiaľto až sem je veľká nad veľkosťou odtiaľto sem. Toto je vlastne zdravá bublina.

To je to, čo ... - tiež výhoda ruského vzdelania - to, čo sme zistili, keď sme boli vo vojenských záležitostiach na univerzite: že vzdialenosť po priamke je oveľa väčšia ako vzdialenosť po krivke, ak rovná čiara prechádza popri dôstojníkovi... Tu, ak pôjdete v priamej línii blízko tohto vrcholu, nikdy ho nedosiahnete, pretože vzdialenosť bude čoraz väčšia. Zakrivený priestor si možno predstaviť dvoma spôsobmi. Prvý - môžeme hovoriť o expanzii vesmíru a druhý - môžeme hovoriť o stláčaní človeka. Človek je mierou všetkých vecí. Ak odtiaľto kráčate a dosiahnete blízko vrcholu, môžete povedať, že vaše kroky sú stále menšie a menšie a menšie a menšie a preto je pre vás ťažké, ťažké kráčať. Je to iné chápanie toho, čo je tu bublina – je to len miesto, kde sa vy sami zmenšujete v porovnaní s vesmírom. Sú to takmer rovnocenné veci.

Ako to všetko vieme? Ako vieme, že je to všetko pravda? No, v prvom rade, úprimne povedané, od samého začiatku sme vedeli, že je to pravda. Pretože teória bola taká krásna, všetko vysvetlila tak ľahko, že potom už ani experimentálne dôkazy neboli skutočne potrebné, pretože vesmír je, no... veľký? - Veľký. Nepretínajú sa rovnobežné čiary? - Nepretínajte sa ... A tak ďalej. Iné vysvetlenie nebolo.

Preto tu sú experimentálne údaje. Ale ľudia predsa nechcú len tak, ale chcú predpovedať niečo iné, čo sme nevedeli, a mať to potvrdené. A jednou z predpovedí sú tieto kvantové fluktuácie... Bolo by pekné vidieť ich na oblohe, ale my sme ich nevideli. A jeden po druhom sa začali spúšťať rôzne systémy, satelity, prvý pozoruhodný satelit bol Kobe (COBE), vypustený začiatkom 90. rokov a ľudia za to len minulý rok dostali Nobelove ceny. Videli nasledovné. Videli, že mikrovlnné žiarenie, ktoré k nám prichádza z rôznych strán vesmíru, je mierne anizotropné.

Teraz vysvetlím, čo je v stávke. V polovici 60. rokov ľudia videli, že na Zem prichádza žiarenie s teplotou asi 2,7 K. Niečo také, rádiové vlny, veľmi nízkoenergetické, ale zo všetkých strán. Potom si uvedomili, čo to je. Vesmír, keď vybuchol, bol horúci. Potom, keď sa rozšíril, tieto fotóny stratili svoju energiu a keď k nám dorazili, dorazili takto mŕtvi, s malou, malou energiou. A zo všetkých strán bola rovnaká energia – 2,7 K. Teplota je mierou energie. Potom sa začali pozerať pozornejšie a videli, že v tomto smere je teplota 2,7 plus ešte asi 10 -3, ale v tomto smere 2.7 mínusďalších 10-3. a prečo je to tak? A tu je dôvod, prečo: pretože Zem sa pohybuje vo vzťahu k celému vesmíru. A je tu práve tento červený posun. Smerom, ktorým sa pohybujeme, sa obloha stáva modrou, fotóny prichádzajú o niečo energickejšie. A odkiaľ sa pohybujeme, idú trochu červenšie. Bol to jednoduchý efekt. A hneď sme pochopili, ako rýchlo sa pohybujeme vo vzťahu k CMB, všetko bolo jednoduché.

A potom ľudia chceli vedieť, či existuje nejaká iná štruktúra? A tak vypustili satelity, jeden z nich je Kobe a tu na obrázku je nakreslený WMAP, taký satelit. A obrázok, ktorý ukazuje vývoj v priebehu času.

Najprv bol Veľký tresk, potom to bolo zrýchlenie vesmíru - inflácia, potom boli kvantové fluktuácie, ktoré zamrzli, potom tieto kvantové fluktuácie, ktoré zamrzli, viedli k vzniku malej štruktúry vo Vesmíre. V tom čase bol vesmír veľmi horúci. Bolo tak horúco, že sa k nám signály jednoducho nedostali, rovnako ako je tu pre nás Slnko nepriehľadné: je veľmi horúco, takže do Slnka vidíme len niekoľko stoviek kilometrov hlboko. Tu…

A potom sa zrazu Vesmír stal transparentným pre bežné žiarenie, pretože elektróny sa spojili s protónmi do atómov a potom, keď sa Vesmír stal viac-menej neutrálnym, začalo k nám prechádzať svetlo. A tu vidíme žiarenie, ktoré od tohto momentu prešlo. A z týchto satelitov sa pozerali a merali teplotu rôzne body vo vesmíre s presnosťou 10 -5 K. Len si predstavte, že v laboratóriu bolo ťažké získať tam teplotu jeden stupeň Kelvina. Ľudia namerali teplotu vesmíru, 2,7 K plus, potom je veľa znakov a potom merali nepresnosti tejto teploty s presnosťou 10 -5 . Nuž, sci-fi! Nikdy som neveril, že je to možné, ale potom som začal dôverovať svojim experimentálnym priateľom, pretože vieme, že sme teoretici, ale ukázalo sa, že experimentátori ...

Takže tu namerali také malé bodky na oblohe, tieto malé bodky - tu sú namaľované. Vieme, že tam, kde je energie viac - to je modrý posun, tam, kde je energie menej - je to červený posun, ale tu je opak pravdou. Ľudia, ktorí túto mapu vyfarbili, pochopili, že psychológia ľudí takto nefunguje. Stále nie je viditeľné svetlo, toto je rádiové vyžarovanie, teda nie červené, nie biele, žiadne. Tak to natreli umelo. A to je to, čo je červené, to znamená pochopiť, čo je tam horúce. A kde je modrá, treba pochopiť, že je zima. Namaľovali teda presný opak. Ale to je jedno. Dôležité je, že tieto škvrny na oblohe majú presnosť 10 -5 .

Ak sa bližšie pozriete na kúsok tejto oblohy, objaví sa tu tento obrázok. Tu sú spoty. Čo to je? A to je ono. Vznikli tieto kvantové fluktuácie skalárneho poľa, rozšírili sa na celú oblohu, zamrzli tam, zmenili tam trochu geometriu vesmíru a hustotu hmoty, zmenili teplotu. reliktné žiarenie, ktorá k nám prichádza, a preto táto teplota, tieto nehomogenity, sú fotografiou tých kvantových fluktuácií, ktoré vznikli v posledných fázach inflácie – vznikli a zamrzli. To znamená, že teraz vidíme celú oblohu a celá táto obloha je ako fotografická platňa, ktorá zobrazuje kvantové fluktuácie, ktoré vznikli v konečnom štádiu inflácie, približne za 10–30 s. Vidíme fotografiu toho, čo sa stalo 10 až 30 sekúnd po veľkom tresku. No zázraky, čo poviem!

Túto fotografiu nielen vidíme, ale študovali sme aj jej spektrálne vlastnosti. To znamená, že tieto škvrny pri veľkých uhlových veľkostiach majú jednu intenzitu, pri malých uhlových veľkostiach majú inú intenzitu. Vypočítali sme spektrum týchto fluktuácií a zistili sme, že spektrum je takéto: čierne škvrny sú to, čo tento satelit WMAP experimentálne vidí. Odvtedy sa objavili aj ďalšie výsledky, ktoré zasahujú aj do tejto oblasti, ale nezačal som ich tu teraz prezentovať. Ale červená čiara sú teoretické predpovede najjednoduchšieho modelu inflačného vesmíru a čierne bodky sú to, čo je experimentálne viditeľné.

Sú tu nejaké anomálie. Pri veľkých uhloch sú najväčšie vzdialenosti malé. Tu l- čo je tu, tu, na tejto osi, je počet harmonických. Teda čím viac l, čím viac harmonických, tým menší je uhol. Pri malých uhloch vynikajúca zhoda s experimentálnymi údajmi. Pri vysokých uhloch sa stane niečo, čo nie je úplne jasné. Ale možno je to jednoducho kvôli nepresnostiam, pretože nám je daný iba jeden kúsok vesmíru: študujeme štatistiky a máme štatistiky – ako ste si raz hodili mincou, akú štatistiku potrebujete? Musíte to hodiť stokrát, aby ste videli, čo sa stalo asi 50 na 50. Preto pri veľkých uhloch nie sú štatistiky veľmi presné. Napriek tomu niekoľko bodov vypadne - je tu určitý problém, čo sa tu deje. Vo vesmíre sú niektoré anizotropie, ktoré zatiaľ nevieme vo veľkom rozsahu vysvetliť. Faktom však je, že všetky ostatné body, ako sa ukázalo, dokonale zapadajú. A tak je zhoda medzi teóriou a experimentom veľmi pôsobivá.

Sám som sa rozhodol, že by som mal prísť na spôsob, ako vysvetliť zmenu obrazu sveta na jednoduchý jazyk. A obraz sveta... Teraz som ešte nedospel práve k tejto teórii mnohostranného Vesmíru. Toto je stále jednoduchý obrázok ... Takže. Pri zmene obrazu sveta to vyzerá takto. Že sedíme na Zemi a pozeráme sa okolo seba. A teraz obklopený touto krištáľovou guľou. Nič ďalej nevidíme, ale sú tam hviezdy, planéty... A vieme, že našu kozmológiu používame ako stroj času.

Ak sa pozrieme na Slnko, vidíme Slnko také, aké bolo pred niekoľkými minútami. Pozrime sa na vzdialené hviezdy. Uvidíme hviezdy také, aké boli pred mnohými rokmi, pred stovkami rokov, pred tisíckami rokov.

Ak pôjdeme ešte ďalej, uvidíme toto miesto, kde sa vesmír práve zahrial a v tom čase k nám prišli fotóny, toto vidia tieto satelity, tu sme videli tento kozmický oheň. A potom je vesmír neprehľadný. Ďalej, bližšie k tomuto Veľkému tresku, ku ktorému došlo pred 13 miliardami rokov, sa nemôžeme priblížiť. Ale, samozrejme, ak by sme použili napríklad neutrína, ktoré sú emitované v tomto čase - vieme, že môžeme získať neutrína, ktoré pochádzajú zo stredu Slnka - mohli by sme získať neutrína, ktoré boli emitované bližšie k tomuto veľkému tresku. . Teraz vidíme len to, čo bolo asi 400 000 rokov po veľkom tresku. No stále... v porovnaní s 13 miliardami je štyristotisíc celkom dobrých... Ale keby tam boli neutrína, mohli by sme sa oveľa viac priblížiť. Ak by existovali gravitačné vlny, mohli by sme sa dostať veľmi blízko k Veľkému tresku, priamo tu, doslova pred týmto časom od Veľkého tresku.

Čo hovorí inflácia? A inflácia hovorí toto. Že vlastne celý tento oheň je kozmický, vznikol po inflácii a je tu exponenciálne veľký priestor, keď bol celý Vesmír vyplnený len skalárnym poľom, keď ešte žiadne častice neboli, a keby aj boli, tak ich hustota by neustále klesala exponenciálne, pretože vesmír sa exponenciálne rozpínal.

Preto, nech bolo pred infláciou čokoľvek, na tom vôbec nezáleží. Vesmír tu bol prakticky prázdny a energia sedela v tomto skalárnom poli. A potom - pamätajte na tento obrázok: skalárne pole išlo dole, dole, dole, potom postupne, keď dosiahlo dno, Hubbleova konštanta sa zmenšila - začala oscilovať, v tom čase vďaka svojim osciláciám generovala normálne záležitosť. Počas tejto doby sa vesmír zahrieval. V tomto čase vznikol tento požiar. A my sme si mysleli, že tento oheň bol od počiatku sveta. Boli sme ako vlci, ktorí sa boja preskočiť oheň, vedeli sme, že toto je začiatok sveta.

Teraz sa ukazuje, že na to, aby sme vysvetlili, prečo bol tento oheň tak rovnomerne rozložený, sme potrebovali etapu, ktorá všetko vyrovná. A toto je fáza inflácie.

A potom môžete ísť ďaleko, ďaleko za toto miesto na oblohe, pretože vesmír je taký veľký, bolo tam toho toľko. A ak pôjdeme ďalej, uvidíme tieto miesta, kde dochádza ku kvantovým fluktuáciám, ktoré spôsobujú vznik galaxií. A uvidíme tie miesta, kde sú tieto výkyvy také veľké, že dali vzniknúť novým častiam Vesmíru, ktoré sa rýchlo rozširovali a ktoré sa generujú a vznikajú. a teraz. Vesmír vďaka týmto kvantovým fluktuáciám generuje sám seba, nielen galaxie, ale aj veľké časti samého seba. A stáva sa nekonečným a samoreprodukujúcim sa Vesmírom.

Ale okrem toho všetkého je tu ešte jeden efekt. Tak som vám povedal o vesmíre, v ktorom bolo skalárne pole len jedného typu. Skalárne pole s takým jednoduchým potenciálom... Vieme, že ak chceme úplne opísať teóriu elementárnych častíc, tak potrebujeme veľa skalárnych polí. Napríklad v teórii elektroslabých interakcií existuje Higgsovo pole. A Higgsovo pole robí všetky častice nášho tela ťažkými. To znamená, že elektróny nadobúdajú hmotnosti, protóny získavajú hmotnosti, fotóny nenaberajú hmotnosti. Ostatné častice nadobúdajú hmotnosti. V závislosti od skalárneho poľa nadobúdajú rôzne hmotnosti.

Toto však nie je koniec. Existuje aj teória veľkého zjednotenia, v ktorej vzniká iný typ skalárneho poľa. Toto je iný odbor. Ak by tam nebol, tak by medzi leptónmi a baryónmi nebol zásadný rozdiel, potom by sa protóny mohli ľahko rozpadnúť na pozitróny, nebol by rozdiel medzi hmotou a antihmotou. Aby sa vysvetlilo, čo sa tam stalo, ako sa tieto veci oddelili, bolo potrebné zaviesť ešte jedno skalárne pole... V zásade môže byť tých skalárnych polí veľa. Ak sa pozriete na najjednoduchšiu teóriu - supersymetrickú - teóriu veľkého zjednotenia, ukáže sa, že potenciálna energia v nej je nakreslená takto ...

No, toto je vlastne tiež približný obrázok. Toto je nejaké pole, ktoré je vlastne maticou. A teraz, pri jednej hodnote tohto poľa, neexistuje žiadne porušenie symetrie medzi slabou a silnou elektromagnetickou interakciou, nie je žiadny rozdiel medzi leptónmi a baryónmi. Existuje ďalšia hodnota poľa, v ktorej špeciálny typ narušenia symetrie vôbec nie je tým, čo vidíme. Existuje tretie minimum, v ktorom je práve fyzika nášho sveta. V skutočnosti stále potrebujeme napísať naše skalárne pole a ak napíšeme všetko spolu, tak takýchto miním bude tucet. Všetky majú na prvý pohľad rovnakú energiu a my žijeme len v jednom z týchto miním.

A potom vyvstáva otázka: ako sme sa dostali do tohto minima? A vo veľmi ranom vesmíre, keď bola teplota horúca, bolo len toto minimum. A nastal problém: ako sme potom presiakli do tohto minima, pretože v ranom Vesmíre v súlade s teóriou, ktorú sme tu vyvinuli spolu s Davidom Abramovičom Kiržnitsom, ktorý prišiel s touto myšlienkou v hlave, o tom, že v r. ranom vesmíre sa obnoví symetria medzi všetkými interakciami. A práve vtedy by sme tu mali sedieť. Ako sme sa sem potom dostali? A jediný spôsob, ako by sme sa tam mohli dostať, sú kvantové fluktuácie, ktoré vznikli počas inflácie.

Ale toto skalárne pole tiež skočilo a tiež zamrzlo. A môže skočiť na toto minimum, skočiť na toto, skočiť späť. Potom, ak skočil do jedného z týchto miním, časti vesmíru, v ktorej sme dosiahli minimá, začal byť exponenciálne veľký. Tento začal byť exponenciálne veľký, tento... A vesmír sa rozpadol na exponenciálne veľké množstvo častí exponenciálne veľkej veľkosti. So všetkými možnými druhmi fyziky v každom z nich.

Čo to znamená? Po prvé, môže existovať veľa skalárnych polí. Po druhé, môže existovať veľa rôznych minim. A potom, v závislosti od toho, kam sme sa dostali, sa vesmír mohol exponenciálne rozdeliť na veľké veľké plochy, z ktorých každý svojimi vlastnosťami vyzerá – lokálne – ako obrovský vesmír. Každý z nich je obrovský. Ak v ňom budeme žiť, nebudeme vedieť, že existujú aj iné časti vesmíru. A fyzikálne zákony tam budú v skutočnosti iné.

To je v skutočnosti fyzikálny zákon - môže byť rovnaký, máte rovnakú teóriu - ale je rovnaký ako voda, ktorá môže byť kvapalná, plynná, pevná. Ale ryby môžu žiť iba v tekutej vode. Môžeme žiť len v tomto minime. Preto tam žijeme. Nie preto, že by tieto časti vesmíru neexistovali, ale preto, že tu môžeme len žiť. Tak vzniká tento obraz, ktorý sa nazýva „mnohostranný vesmír“ alebo „Multivesmír“ namiesto „vesmír“.

Iný jazyk. Vieme, že naše vlastnosti určuje genetický kód – kód, ktorý sme zdedili od našich rodičov. Vieme tiež, že existujú mutácie. Mutácie sa dejú, keď sa stane niečo zvláštne. Kedy kozmické lúče keď je nejaká chémia nesprávna - dobre, viete lepšie ako ja, čo je potrebné na to, aby došlo k mutáciám. A tiež vieme, že všetkého tu je obrovské množstvo druhov - bolo potrebné, aby tieto mutácie boli.

Takže počas expanzie vesmíru došlo aj k mutáciám. Máte vesmír, aj keď od samého začiatku bol v jednom minime, potom začal skákať z jedného minima do druhého a prelomil sa odlišné typy Vesmír. A tento mechanizmus kvantových fluktuácií, ktoré preniesli Vesmír z jedného miesta, z jedného stavu do druhého – možno ich nazvať...takto sa dá nazvať mechanizmus kozmických mutácií.

(Bohužiaľ tu, samozrejme, časť toho, čo som chcel ukázať, nie je vidieť. No slovami...) krajina. Táto terminológia vznikla, pretože táto terminológia, tento obraz sa ukázal byť veľmi dôležitý v kontexte teórie strún. Ľudia už dlho hovoria o teórii strún ako o poprednom kandidátovi na teóriu všetkých síl. Ja sa na tomto mieste, žiaľ, "vznášam"... Aj keď som jedným zo spoluautorov tohto obrázku, ktorý je tu. To znamená, že ľudia dlhé roky nevedeli opísať náš štvorrozmerný priestor pomocou teórie strún.

Faktom je, že teória strún sa najjednoduchšie formuluje v desaťrozmernom priestore. Ale v desaťrozmernom priestore je šesť dimenzií nadbytočných, treba sa ich nejako zbaviť. Ide o to, že musia byť nejakým spôsobom stlačené do malej gule, aby ich nikto nevidel, aby nikto nemohol ísť šiestimi smermi a videli by sme len štyri veľké rozmery – tri priestory a jeden čas. A tak by sme kráčali v týchto troch priestorových dimenziách a mysleli by sme si, že náš Vesmír je trojrozmerný plus jedenkrát, ale v skutočnosti by niekde v srdci Vesmíru bola uložená informácia, že má proletársky pôvod – desaťrozmerný. A chcela by sa stať aj desaťrozmernou. Takže v teórii strún sa vždy ukázalo, že to chce byť desaťrozmerné a donedávna nevedeli, ako to urobiť štvorrozmerné, nechať to normálne. Vo všetkých prípadoch sa ukázalo, že tento stav je nestabilný.

Od polovice 70. rokov začali fyzici pracovať teoretické modely Veľké zjednotenie troch základných síl – silnej, slabej a elektromagnetickej. Mnohé z týchto modelov viedli k záveru, že krátko po veľkom tresku muselo byť veľké množstvo vyprodukovaných veľmi masívnych častíc nesúcich jediný magnetický náboj. Keď vek vesmíru dosiahol 10 -36 sekúnd (podľa niektorých odhadov aj o niečo skôr), silná interakcia sa oddelila od elektroslabej a získala nezávislosť. V tomto prípade sa vo vákuu vytvorili bodové topologické defekty s hmotnosťou o 10 15 - 10 16 väčšou ako hmotnosť protónu, ktorý ešte neexistoval. Keď sa elektroslabá sila rozdelila na slabú silu a elektromagnetickú silu a objavil sa skutočný elektromagnetizmus, tieto defekty nadobudli magnetické náboje a začali sa nový život- vo forme magnetických monopólov.

Oddelenie základných interakcií v našom ranom vesmíre bolo prirodzené fázový prechod. Pri veľmi vysokých teplotách sa základné interakcie spojili, ale pri ochladení pod kritickú teplotu k separácii nedochádzalo (možno to prirovnať k podchladeniu vody). V tomto bode energia skalárneho poľa spojená so zjednotením prekročila teplotu vesmíru, čo pole obdarilo podtlakom a spôsobilo kozmologickú infláciu. Vesmír sa začal veľmi rýchlo rozpínať a v momente porušenia symetrie (pri teplote asi 10 28 K) sa jeho rozmery zväčšili 10 50-krát. Skalárne pole spojené so zjednotením interakcií zmizlo a jeho energia sa premenila na ďalšiu expanziu Vesmíru.

HORÚCE NARODENINY

Tento krásny model postavil kozmológiu pred nepríjemný problém. "Severné" magnetické monopóly pri zrážke s "južnými" anihilujú, ale inak sú tieto častice stabilné. Kvôli nanogramovej hmote, ktorá je na štandardy mikrosveta obrovská, boli čoskoro po narodení nútení spomaliť na nerelativistické rýchlosti, rozptýliť sa vesmírom a prežiť až do našich čias. Podľa štandardného modelu veľkého tresku by sa ich súčasná hustota mala približne zhodovať s hustotou protónov. Ale v tomto prípade by celková hustota kozmickej energie bola minimálne kvadriliónkrát vyššia ako tá skutočná.
Všetky pokusy odhaliť monopoly sa zatiaľ skončili neúspechom. Ako ukazuje hľadanie monopolov v železné rudy a morská voda pomer ich počtu k počtu protónov nepresahuje 10 -30 . Buď tieto častice v našom priestore vesmíru vôbec neexistujú, alebo ich je tak málo, že ich prístroje nedokážu zaregistrovať, napriek jasnému magnetickému podpisu. Astronomické pozorovania to tiež potvrdzujú: prítomnosť monopolov by mala ovplyvniť magnetické polia naša galaxia, ale toto nebolo objavené.
Samozrejme, možno predpokladať, že monopoly nikdy neexistovali. Niektoré modely zjednotenia základných interakcií v skutočnosti nepredpisujú ich vzhľad. Ale problémy horizontu a plochého vesmíru zostávajú. Stalo sa, že koncom 70. rokov 20. storočia čelila kozmológia vážnym prekážkam, ktoré si jednoznačne vyžadovali nové nápady na prekonanie.

NEGATÍVNY TLAK

A tieto nápady sa objavovali pomaly. Hlavnou bola hypotéza, podľa ktorej vo vesmíre okrem hmoty a žiarenia existuje skalárne pole (alebo polia), ktoré vytvára podtlak. Táto situácia sa zdá byť paradoxná, ale vyskytuje sa v Každodenný život. Pretlakový systém, ako je stlačený plyn, stráca energiu, keď sa rozpína ​​a ochladzuje. Pružný pás je na druhej strane v stave podtlaku, pretože na rozdiel od plynu nemá tendenciu sa rozťahovať, ale zmršťovať. Ak sa takáto páska rýchlo natiahne, zahreje sa a termálna energia vzrastie. Ako sa vesmír rozpína, podtlakové pole akumuluje energiu, ktorá je po uvoľnení schopná generovať častice a svetelné kvantá.

PLOCHÝ PROBLÉM

Astronómovia sú už dlho presvedčení, že ak je súčasný vesmírny priestor deformovaný, je to skôr mierne. Modely Friedman a Lemaitre nám umožňujú vypočítať, aké bolo zakrivenie priestoru krátko po veľkom tresku. Zakrivenie sa odhaduje pomocou bezrozmerného parametra Ω, rovný pomeru priemerná hustota kozmickej energie na jej hodnotu, pri ktorej sa toto zakrivenie rovná nule a geometria vesmíru sa podľa toho stáva plochá. Asi pred 40 rokmi už nebolo pochýb o tom, že ak sa tento parameter líši od jednoty, potom nie viac ako desaťkrát v jednom alebo druhom smere. Z toho vyplýva, že sekundu po Veľkom tresku sa od jednoty líšila veľkým resp menšia strana len 10-14! Je takéto fantasticky presné „ladenie“ náhodné alebo z fyzických príčin? Takto sformulovali problém v roku 1979 americkí fyzici Robert Dicke a James Peebles.

PLOCHÝ PROBLÉM

Podtlak môže mať inú hodnotu. Ale existuje špeciálny prípad keď sa rovná hustote kozmickej energie s opačným znamienkom. V tomto scenári zostáva táto hustota konštantná s expanziou priestoru, pretože podtlak kompenzuje rastúcu „zriedkavosť“ častíc a svetelných kvánt. Z Friedmann-Lemaitreových rovníc vyplýva, že vesmír sa v tomto prípade rozpína ​​exponenciálne.

Hypotéza exponenciálnej expanzie rieši všetky tri vyššie uvedené problémy. Predpokladajme, že vesmír vznikol z maličkej „bubliny“ vysoko zakriveného priestoru, ktorý prešiel premenou, ktorá obdarila priestor podtlakom a tým ho prinútila exponenciálne expandovať. Prirodzene, po vymiznutí tohto tlaku sa vesmír vráti do svojho bývalého „normálneho“ rozpínania.

RIEŠENIE PROBLÉMOV

Budeme predpokladať, že polomer vesmíru pred dosiahnutím exponenciály bol len o niekoľko rádov väčší ako Planckova dĺžka, 10 -35 m. Ak v exponenciálnej fáze narastie povedzme 1050-krát, potom na jej konci bude dosahujú tisíce svetelných rokov. Akýkoľvek rozdiel medzi parametrom zakrivenia priestoru od jednoty pred začiatkom expanzie, na jej konci sa zníži 10 - 100 krát, to znamená, že priestor bude dokonale plochý!
Problém monopolov je riešený podobným spôsobom. Ak topologické defekty, ktoré sa stali ich predchodcami, vznikli pred alebo dokonca počas exponenciálnej expanzie, potom by sa na jej konci mali od seba vzdialiť na gigantické vzdialenosti. Odvtedy sa vesmír značne rozšíril a hustota monopólov klesla takmer na nula. Výpočty ukazujú, že aj keď skúmame kozmickú kocku s hranou miliardy svetelných rokov, potom tam s najvyšší stupeň pravdepodobnosť, že neexistuje jediný monopol.
Hypotéza exponenciálnej expanzie tiež navrhuje jednoduché riešenie problému horizontu. Predpokladajme, že veľkosť zárodočnej „bubliny“, ktorá položila základ nášmu Vesmíru, nepresiahla dráhu, ktorú malo čas prejsť svetlo po Veľkom tresku. V tomto prípade sa v ňom dala nastoliť tepelná rovnováha, čím sa zabezpečila rovnosť teplôt v celom objeme, ktorá sa zachovala pri exponenciálnej expanzii. Takéto vysvetlenie je prítomné v mnohých učebniciach kozmológie, ale môžete sa bez neho zaobísť.

Z JEDNEJ BUBLINY

Na prelome 70. a 80. rokov 20. storočia viacerí teoretici, z ktorých prvým bol sovietsky fyzik Alexej Starobinskij, uvažovali o modeloch ranej evolúcie vesmíru s krátkou fázou exponenciálnej expanzie. V roku 1981 Američan Alan Guth publikoval článok, ktorý priniesol túto myšlienku do popredia. Ako prvý pochopil, že takáto expanzia (s najväčšou pravdepodobnosťou končiaca na vekovej hranici 10 -34 s) odstraňuje problém monopólov, ktorým sa spočiatku zaoberal, a ukazuje cestu k riešeniu nezrovnalostí s plochou geometriou a horizontom. Guth túto expanziu krásne nazval kozmologická inflácia a tento termín sa stal všeobecne akceptovaným.

TAM, NAD HORIZONTOM

PROBLÉM HORIZONTU JE SPOJENÝ S RELIKTNÝM ŽIARENÍM, Z AKÉHO BODU HORIZONTU VYCHÁDZA, JE JEHO TEPLOTA KONŠTANTNÁ S PRESNOSŤOU 0,001%. V 70. rokoch 20. storočia tieto údaje ešte neboli k dispozícii, no už vtedy sa astronómovia domnievali, že výkyvy nepresahujú 0,1 %. Toto bola záhada. Kvantá mikrovlnného žiarenia sa rozptýlili vesmírom približne 400 000 rokov po Veľkom tresku. Ak sa vesmír vyvíjal celý čas podľa Friedmanna-Lemaitra, potom fotóny, ktoré prišli na Zem z nebeská sféra, oddelené uhlovou vzdialenosťou viac ako dva stupne, boli vyžarované z oblastí vesmíru, ktoré potom nemohli mať nič spoločné. Ležali medzi nimi vzdialenosti, ktoré svetlo za celú dobu vtedajšej existencie Vesmíru jednoducho nestihlo prekonať – inými slovami, ich kozmologické horizonty sa nepretínali. Nemali teda možnosť nastoliť medzi sebou tepelnú rovnováhu, ktorá by takmer presne vyrovnala ich teploty. Ale ak tieto regióny neboli spojené v počiatočných momentoch formácie, ako sa nakoniec stali takmer rovnako rozpálenými? Ak je to náhoda, je to príliš zvláštne.

PLOCHÝ PROBLÉM

Ale Guthov model mal stále vážnu nevýhodu. Umožnilo to vznik mnohých inflačných oblastí, ktoré prešli vzájomnými kolíziami. To viedlo k vytvoreniu vysoko neusporiadaného kozmu s nehomogénnou hustotou hmoty a žiarenia, ktorý je úplne odlišný od toho skutočného. priestor. Čoskoro však Andrei Linde z Fyzikálneho inštitútu Akadémie vied (FIAN) a o niečo neskôr Andreas Albrecht a Paul Steinhardt z Pensylvánskej univerzity ukázali, že ak zmeníte rovnicu skalárneho poľa, všetko zapadne na svoje miesto. Odtiaľto nasledoval scenár, podľa ktorého celý náš pozorovateľný vesmír vznikol z jednej vákuovej bubliny, oddelenej od ostatných inflačných oblastí nepredstaviteľne veľkými vzdialenosťami.

CHAOTICKÁ INFLÁCIA

V roku 1983 Andrey Linde urobil ďalší prelom vytvorením teórie chaotickej inflácie, ktorá umožnila vysvetliť zloženie vesmíru aj homogenitu kozmického mikrovlnného žiarenia pozadia. Pri nafukovaní sa prípadné predchádzajúce nehomogenity v skalárnom poli natiahnu natoľko, že prakticky zmiznú. V konečnom štádiu inflácie toto pole začne rýchlo oscilovať blízko svojho minima. potenciálna energia. V tomto prípade sa hojne rodia častice a fotóny, ktoré medzi sebou intenzívne interagujú a dosahujú rovnovážnu teplotu. Takže na konci inflácie máme plochý horúci vesmír, ktorý sa potom rozširuje podľa scenára veľkého tresku. Tento mechanizmus vysvetľuje, prečo dnes pozorujeme kozmické mikrovlnné žiarenie pozadia s malými teplotnými výkyvmi, ktoré možno pripísať kvantovým výkyvom v prvej fáze existencie vesmíru. Teória chaotickej inflácie teda vyriešila problém horizontu bez predpokladu, že pred začiatkom exponenciálnej expanzie bol embryonálny vesmír v stave tepelnej rovnováhy.

Podľa Lindeho modelu distribúcia hmoty a žiarenia vo vesmíre po inflácii jednoducho musí byť takmer dokonale homogénna, s výnimkou stôp primárnych kvantových fluktuácií. Tieto fluktuácie spôsobili lokálne kolísanie hustoty, ktoré nakoniec viedlo k vzniku galaktických zhlukov a priestorových dutín, ktoré ich oddeľovali. Je veľmi dôležité, že bez inflačného „naťahovania“ by boli výkyvy príliš slabé a nemohli by sa stať zárodkami galaxií. Vo všeobecnosti má inflačný mechanizmus mimoriadne silnú a univerzálnu kozmologickú tvorivosť – ak chcete, javí sa ako univerzálny demiurg. Názov tohto článku teda v žiadnom prípade nie je prehnaný.
Na stupniciach rádovo stotín veľkosti vesmíru (teraz sú to stovky megaparsekov) bolo a zostáva jeho zloženie homogénne a izotropné. V meradle celého kozmu sa však homogenita vytráca. Inflácia sa zastaví v jednej oblasti a začne v inej, a tak ďalej donekonečna. Toto je samoreprodukujúci sa nekonečný proces, ktorý vedie k rozvetvenému súboru svetov - Multivesmíru. Rovnaké základné fyzikálne zákony sa tam dajú realizovať v rôznych formách – napríklad vnútrojadrové sily a náboj elektrónu v iných vesmíroch sa môžu ukázať ako iné ako u nás. O tomto fantastickom obrázku v súčasnosti vážne diskutujú fyzici aj kozmológovia.

BOJ NÁPADOV

„Hlavné myšlienky inflačného scenára boli sformulované pred tromi desaťročiami,“ vysvetľuje Andrey Linde, jeden z autorov inflačnej kozmológie, profesor na Stanfordskej univerzite. - Potom bolo hlavnou úlohou vyvinúť realistické teórie založené na týchto myšlienkach, ale iba kritériá pre realizmus sa viackrát zmenili. V 80. rokoch prevládal názor, že infláciu možno pochopiť pomocou modelov veľkého zjednotenia. Potom sa nádeje rozplynuli a inflácia sa začala interpretovať v kontexte teórie supergravitácie a neskôr teórie superstrun. Táto cesta sa však ukázala ako veľmi náročná. Po prvé, obe tieto teórie používajú extrémne komplexná matematika, a po druhé, sú usporiadané tak, že s ich pomocou je veľmi, veľmi ťažké realizovať inflačný scenár. Pokrok tu bol preto dosť pomalý. V roku 2000 traja japonskí vedci so značnými ťažkosťami získali v rámci teórie supergravitácie model chaotickej inflácie, s ktorým som prišiel takmer pred 20 rokmi. O tri roky neskôr sme v Stanforde vypracovali článok, ktorý ukázal základnú možnosť konštrukcie inflačných modelov pomocou teórie superstrún a na jej základe vysvetlil štvorrozmernosť nášho sveta. Konkrétne sme zistili, že takto môžete získať stav vákua s kladnou kozmologickou konštantou, ktorá je potrebná na spustenie inflácie. Náš prístup bol úspešne rozvinutý inými vedcami, čo výrazne prispelo k pokroku kozmológie. Teraz je jasné, že teória superstrun umožňuje existenciu obrovského počtu vákuových stavov, ktoré spôsobujú exponenciálnu expanziu vesmíru.
Teraz by sme mali urobiť ešte jeden krok a pochopiť štruktúru nášho vesmíru. Tieto práce sa realizujú, ale narážajú na obrovské technické ťažkosti a aký bude výsledok, zatiaľ nie je jasné. Posledné dva roky sme s kolegami pracovali na rodine hybridných modelov, ktoré sa spoliehajú na superstruny aj supergravitáciu. Je tu pokrok, už sme schopní popísať veľa vecí z reálneho života. Napríklad sme blízko k pochopeniu, prečo je hustota energie vákua teraz taká nízka, čo je len trojnásobok hustoty častíc a žiarenia. Ale je potrebné ísť ďalej. Tešíme sa na výsledky pozorovaní z vesmírneho observatória Planck, ktoré meria spektrálne charakteristiky CMB s veľmi vysokým rozlíšením. Je možné, že údaje z jej nástrojov dostanú pod nôž celé triedy inflačných modelov a podnietia rozvoj alternatívnych teórií.
Inflačná kozmológia sa môže pochváliť množstvom pozoruhodných úspechov. Plochú geometriu nášho vesmíru predpovedala dávno predtým, ako astronómovia a astrofyzici potvrdili túto skutočnosť. Do konca 90. rokov 20. storočia sa verilo, že pri plnom zohľadnení všetkej hmoty vo Vesmíre nepresahuje číselná hodnota parametra Ω 1/3. Na to, aby sa táto hodnota prakticky rovnala jednej, bolo potrebné objavenie tmavej energie, ako vyplýva z inflačného scenára. Boli predpovedané výkyvy teploty reliktného žiarenia a vopred vypočítané ich spektrum. Podobné príklady veľa. Pokusy vyvrátiť inflačnú teóriu boli opakovane, ale nikto neuspel. Okrem toho sa podľa Andrei Linde v posledných rokoch rozvinul koncept plurality vesmírov, ktorých formovanie možno nazvať vedeckou revolúciou: „Napriek svojej neúplnosti sa stáva súčasťou kultúry novej generácie fyzikov. a kozmológov."

NA ŠTANDARDE S EVOLÚCIOU

„Inflačná paradigma bola teraz implementovaná do rôznych možností, medzi ktorými nie je uznávaný vodca,“ hovorí Alexander Vilenkin, riaditeľ Inštitútu kozmológie na Tufts University. - Existuje veľa modelov, ale nikto nevie, ktorý z nich je správny. Preto, aby sme hovorili o nejakom dramatickom pokroku posledné roky, nechcel by som. A áno, existuje veľa komplikácií. Napríklad nie je úplne jasné, ako porovnávať pravdepodobnosti udalostí predpovedaných konkrétnym modelom. AT večný vesmír každá udalosť musí nastať nekonečne veľakrát. Takže na výpočet pravdepodobnosti musíte porovnávať nekonečná, čo je veľmi ťažké. Nevyriešený je aj problém začiatku inflácie. S najväčšou pravdepodobnosťou sa bez neho nezaobídete, ale zatiaľ nie je jasné, ako sa k nemu priblížiť. A predsa inflačný obraz sveta nemá vážnych konkurentov. Porovnal by som to s Darwinovou teóriou, ktorá mala spočiatku tiež veľa nezrovnalostí. Nemala však alternatívu a nakoniec si získala uznanie vedcov. Zdá sa mi, že koncept kozmologickej inflácie si dokonale poradí so všetkými ťažkosťami.“

Ihneď po svojom zrode sa vesmír neuveriteľne rýchlo rozpínal.

Od 30. rokov 20. storočia už astrofyzici vedia, že podľa Hubbleovho zákona sa vesmír rozpína, čiže svoj začiatok mal v r. určitý moment v minulosti. Úloha astrofyzikov teda navonok vyzerala jednoducho: sledovať všetky štádiá expanzie Hubbleovho teleskopu v reverznej chronológii s použitím príslušných fyzikálnych zákonov v každej fáze a po tejto ceste až do konca - presnejšie na úplný začiatok. - presne pochopiť, ako sa všetko stalo.

Koncom 70. rokov však zostalo niekoľko problémov nevyriešených. zásadné problémy spojené s raným vesmírom, konkrétne:

• Problém antihmoty. Podľa zákonov fyziky majú hmota a antihmota rovnaké právo na existenciu vo vesmíre ( cm. Antičastice), ale vesmír je takmer celý zložený z hmoty. prečo sa to stalo?
• Problém s horizontom. Podľa pozadia kozmického žiarenia ( cm. Big Bang), môžeme určiť, že teplota vesmíru je všade približne rovnaká, ale jeho jednotlivé časti (kopy galaxií) nemohli byť v kontakte (ako sa hovorí, boli vonku horizont navzájom). Ako sa stalo, že medzi nimi vznikla tepelná rovnováha?
• Problém narovnania priestoru. Zdá sa, že vesmír má presne toľko hmoty a energie, ktoré sú potrebné na spomalenie a zastavenie Hubbleovho rozpínania. Prečo má vesmír zo všetkých možných hmotností práve túto?

Kľúčom k vyriešeniu týchto problémov bola myšlienka, že hneď po svojom zrode bol vesmír veľmi hustý a veľmi horúci. Všetka hmota v ňom bola rozžeravená masa kvarkov a leptónov ( cm.Štandardný model), ktorý sa nemal ako spojiť do atómov. Prevádzka v moderný vesmír rôzne sily(napríklad elektromagnetické a gravitačné sily) potom zodpovedalo jedinému poli silovej interakcie ( cm. univerzálne teórie). Keď sa však vesmír rozšíril a ochladil, hypotetické zjednotené pole sa rozpadlo na niekoľko síl ( cm. raný vesmír).

V roku 1981 americký fyzik Alan Guth si uvedomil, že oddelenie silných interakcií od jednotného poľa, ku ktorému došlo asi 10 - 35 sekúnd po zrode vesmíru (len si pomyslite - to je 34 núl a jedna za desatinnou čiarkou!), bolo zlomovým bodom v jeho vývoji. . Stalo fázový prechod hmoty z jedného stavu do druhého v mierke vesmíru – jav podobný premene vody na ľad. A tak ako keď voda zamrzne, jej náhodne sa pohybujúce molekuly sa zrazu „uchopia“ a vytvoria striktnú kryštalickú štruktúru, tak aj vplyvom uvoľnených silných interakcií došlo k okamžitému preskupeniu, akejsi „kryštalizácii“ hmoty vo Vesmíre.

Kto videl prasknúť vodovodné potrubie alebo prasknúť rúrky chladiča auta v silnom mraze, akonáhle sa voda v nich zmení na ľad, bude vlastnú skúsenosť vie, že voda sa pri zamrznutí rozpína. Alan Guth dokázal ukázať, že keď sa oddelili silné a slabé interakcie, vo vesmíre sa stalo niečo podobné – expanzia podobná skoku. Toto rozšírenie sa nazýva inflačné, mnohonásobne rýchlejšia ako zvyčajná Hubbleova expanzia. Za približne 10 - 32 sekúnd sa vesmír zväčšil o 50 rádov - bol menší ako protón a dosiahol veľkosť grapefruitu (pre porovnanie: keď voda zamrzne, zväčší sa len o 10%). A táto rýchla inflačná expanzia vesmíru odstraňuje dva z troch vyššie uvedených problémov a priamo ich vysvetľuje.

rozhodnutie problémy s vyrovnávaním priestoru Najlepšie to ilustruje nasledujúci príklad: predstavte si súradnicovú mriežku nakreslenú na tenkej elastickej mape, ktorá sa potom náhodne pokrčí. Ak teraz vezmeme a silno zatrasieme touto pokrčenou elastickou mapou, vráti sa do plochého tvaru a súradnicové čiary na nej sa obnovia, bez ohľadu na to, ako veľmi sme ju zdeformovali, keď sme ju pokrčili. Podobne, bez ohľadu na to, ako zakrivený bol priestor vesmíru v čase začiatku jeho inflačnej expanzie, hlavnou vecou je, že na konci tejto expanzie sa priestor ukázal byť úplne narovnaný. A keďže z teórie relativity vieme, že zakrivenie priestoru závisí od množstva hmoty a energie v ňom, je jasné, prečo je vo vesmíre práve toľko hmoty, aby vyvážila Hubblovu expanziu.

Vysvetľuje inflačný model a problém horizontu, aj keď nie tak priamo. Z teórie žiarenia čierneho telesa vieme, že žiarenie vyžarované telesom závisí od jeho teploty. Z emisných spektier vzdialených častí Vesmíru teda vieme určiť ich teplotu. Takéto merania poskytli ohromujúce výsledky: ukázalo sa, že v akomkoľvek pozorovateľnom bode vesmíru je teplota (s chybou merania až štyri desatinné miesta) rovnaká. Na základe modelu obvyklej expanzie Hubbleovho teleskopu by hmota bezprostredne po Veľkom tresku mala byť rozptýlená príliš ďaleko na to, aby sa teploty vyrovnali. Podľa inflačného modelu zostala hmota vesmíru až do momentu t = 10 -35 sekúnd oveľa kompaktnejšia ako počas Hubblovej expanzie. Toto je mimoriadne krátke obdobieúplne stačilo nastoliť tepelnú rovnováhu, ktorá nebola v štádiu inflačnej expanzie narušená a zachovala sa dodnes.

Americký fyzik, špecialista na elementárne častice a kozmológiu. Narodil sa v New Brunswick, New Jersey. PhD získal na Massachusetts Institute of Technology, kam sa vrátil v roku 1986 a stal sa profesorom fyziky. Guth rozvinul svoju teóriu inflačnej expanzie vesmíru ešte na Stanfordskej univerzite, pričom pracoval na teórii elementárnych častíc. Známy svojou recenziou vesmíru ako „nekonečného obrusu, ktorý sa sám skladá“.

Všeobecne uznávaná teória veľkého tresku má veľa problémov pri opise raného vesmíru. Aj keď necháme bokom zvláštnosť jednotného stavu, ktorý nie je prístupný žiadnemu fyzické vysvetlenie, medzier nie je menej. A toto treba brať do úvahy. Niekedy malé nezrovnalosti vedú k odmietnutiu celej teórie. Preto sa zvyčajne objavujú doplnkové a pomocné teórie, ktoré majú objasniť úzke miesta a vyriešiť napätie situácie. V tomto prípade zohráva túto úlohu teória inflácie. Poďme sa teda pozrieť, v čom je problém.

Hmota a antihmota majú Rovnaké práva k existencii. Ako potom vysvetliť, že vesmír je takmer celý zložený z hmoty?

Na základe žiarenia pozadia sa zistilo, že teplota vo vesmíre je približne rovnaká. Ale jeho jednotlivé časti nemohli byť počas expanzie v kontakte. Ako sa potom vytvorila tepelná rovnováha?

Prečo je hmotnosť vesmíru taká, že môže spomaliť a zastaviť expanziu Hubbleovho teleskopu?

V roku 1981 americký fyzik a kozmológ, Ph.D. Alan Harvey Guth, docent na University of Massachusetts, matematické problémyčasticoví fyzici navrhli, že desať až mínus tridsiata piata mocnina sekundy po Veľkom tresku superhustá a horúca hmota, pozostávajúca hlavne z kvarkov a leptónov, prešla kvantovým prechodom podobným kryštalizácii. Stalo sa to vtedy, keď boli silné interakcie oddelené od jednotného poľa. Alan Guth dokázal ukázať, že keď sa oddelili silné a slabé interakcie, došlo k náhlej expanzii, ako v mrazivej vode. Táto expanzia, mnohonásobne rýchlejšia ako Hubbleova, sa nazývala inflačná.

Za približne desať až mínus tridsať sekúnd sekundy sa Vesmír rozšíril o 50 rádov – bol menší ako protón, nadobudol veľkosť grapefruitu. Mimochodom, voda expanduje len o 10%. Táto rýchla inflačná expanzia rieši dva z troch identifikovaných problémov. Expanzia vyrovnáva zakrivenie priestoru, ktoré závisí od množstva hmoty a energie v ňom. A neporušuje tepelnú rovnováhu, ktorá sa stihla vyvinúť do začiatku inflácie. Problém antihmoty sa vysvetľuje tým, že počiatočná fáza vzniku vzniklo o niekoľko obyčajných častíc viac. Po anihilácii vznikol kus obyčajnej hmoty, z ktorej vznikla hmota Vesmíru.

Inflačný model formovania vesmíru.

Protovesmír bol vyplnený skalárnym poľom. Najprv bola homogénna, no vznikali kvantové fluktuácie a vznikali v nej nehomogenity. Pri akumulácii týchto nehomogenít dochádza k zriedeniu s vytvorením vákua. Skalárne pole udržuje napätie a výsledná bublina sa zväčšuje a zväčšuje a rozširuje sa do všetkých smerov. Proces prebieha exponenciálne, po veľmi dlhú dobu krátky čas. Tu zohrávajú rozhodujúcu úlohu počiatočné charakteristiky poľa. Ak je sila konštantná v čase, potom po dobu desiatich až mínus tridsiateho šiesteho stupňa sekundy môže počiatočná bublina vákua expandovať desať až dvadsiaty šiesty stupeň času. A to je v súlade s teóriou relativity, rozprávame sa o pohybe samotného priestoru v rôzne strany.

V dôsledku toho sa ukazuje, že nedošlo k výbuchu, došlo k veľmi rýchlemu nafúknutiu a expanzii bubliny nášho Vesmíru. Pojem inflácia pochádza z anglického inflate – napumpovať, nafúknuť. Ale vákuum sa zväčšovalo, odkiaľ sa vzala energia a hmota, ktorá formovala hviezdy, galaxie? A prečo sa verí, že vesmír bol horúci? Môže byť prázdnota vysoká teplota?

Pri naťahovaní bubliny vesmíru sa v nej začne hromadiť energia. V dôsledku fázového prechodu teplota prudko stúpa. Na konci obdobia inflácie sa vesmír ukáže ako veľmi horúci, o čom sa predpokladá, že je to spôsobené singularitou. Vákuum dostalo energiu zakrivením priestoru. Podľa Einsteina nie je gravitácia príťažlivou silou medzi dvoma hmotami, ale zakrivením priestoru. Ak je priestor zakrivený, už má energiu, aj keď nemá hmotnosť. Akákoľvek energia ohýba priestor. To, čo tlačí galaxie rôznymi smermi a čo nazývame temná energia, je súčasťou skalárneho poľa. A požadované Higgsovo pole je generované týmto skalárnym poľom.

Medzi kritikov teórie inflácie patrí Sir Roger Pentrose, anglický matematik, odborník v oblasti všeobecnej relativity a kvantová teória, vedúci katedry matematiky Oxfordská univerzita. Veril, že všetky argumenty o inflácii sú pritiahnuté za vlasy a nepodliehajú dôkazom. To znamená, že je tu problém počiatočných hodnôt. Ako dokázať, že v ranom vesmíre boli nehomogenity také, že z nich mohol vzniknúť homogénny svet, ktorý pozorujeme teraz? A ak pôvodne došlo k veľkému zakriveniu, potom by sa v súčasnosti mali pozorovať jeho zvyškové javy.

Štúdie uskutočnené v rámci kozmologického projektu Supernova však ukázali, že inflácia je v súčasnosti pozorovaná v neskoršom štádiu vývoja vesmíru. Faktor spôsobujúci tento jav sa nazýva temná energia. V súčasnosti sa k teórii inflácie pridali Lindeove dodatky v podobe chaotickej inflácie. Nemali by sme sa ponáhľať, aby sme to zľavili, teória inflačného vesmíru stále poslúži kozmológii.

Informácie:

Okun L.B. "Leptóny a kvarky", M., Nauka, 1981

www.cosmos-journal.ru

V. V. Kazyutinsky

Inflačná kozmológia: teória a vedecký obraz sveta*

Teraz je tu nová zásadná revízia poznatkov o Vesmíre ako celku, t.j. najväčší fragment svetového celku, ktorý je veda schopná izolovať prostriedkami dostupnými v danom čase. Táto revízia sa týka dvoch koncepčných úrovní: 1) konštrukcia nových kozmologických teórií; 2) zmeny v bloku „sveta ako celku“ vo vedeckom obraze sveta (SCM).

Moderné zmeny v kozmológii sú mimoriadne veľkým, no stále nedostatočne doceneným prínosom pre modernú NCM, nehovoriac o ideologickom záujme, ktorý predstavujú. Ich podstatou je návrat k vyjadrený jazyk myšlienky neklasickej fyziky nekonečné číslo svetov, nekonečnosti priestoru a času, nekonečnosti procesov evolúcie a sebaorganizácie vo Vesmíre (Metavesmíre), z ktorých niektoré boli z hľadiska vedy považované za navždy odmietnuté.

Teória rozpínajúceho sa vesmíru bola mimoriadne efektívnym výskumným programom. Umožnil vyriešiť množstvo problémov súvisiacich so štruktúrou a vývojom našej Metagalaxie, vrátane raných štádií jej vývoja. Napríklad, vynikajúci úspech bola teória „horúceho vesmíru“ G.A. Gamova, potvrdená objavom kozmického mikrovlnného žiarenia pozadia v roku 1965. Mnohé alternatívy Friedmannovej kozmológie sa ukázali ako nepresvedčivé.

Samotná teória rozpínajúceho sa vesmíru zároveň čelila viacerým vážne problémy. Niektoré z nich mali takpovediac „technický“ charakter. Napríklad je trochu skľučujúce, že napriek intenzívnemu výskumu sa zatiaľ nepodarilo skonštruovať dostatočne adekvátny model rozpínajúcej sa Metagalaxie v rámci teórie A. A. Fridmana, keďže známe fakty potrebné na zostavenie takéhoto modelu buď nie sú dostatočne presné alebo protichodné. Iné problémy sú zásadnejšie. Ako „Damoklov meč“ nad kozmológmi už dlho visí „paradox hmoty“, podľa ktorého by 90-95% hmoty Metagalaxie malo byť v neviditeľnom stave, ktorého povaha je stále nejasná. Moderný vývoj teória rozpínajúceho sa vesmíru vyvolala množstvo ešte vážnejších problémov, v podstate jasne poukazujúcich na limity teórie, jej neschopnosť vyrovnať sa s týmito problémami bez výraznejších koncepčných posunov. Najmä veľa problémov priniesla teória problému najviac počiatočné štádiá vývoj vesmíru. Problém singularity je dobre známy: keď je polomer Vesmíru obrátený, t.j. našej Metagalaxie, na nulu, mnohé parametre sa stali nekonečnými. Ukázalo sa, že je to nejasné fyzický význam otázka: čo bolo „pred“ singularitou (niekedy bola táto otázka sama o sebe vyhlásená za nezmyselnú, pretože čas, ako tvrdil Augustín, vznikol spolu s vesmírom. (Ale odpovede typu: „pred tým“ nebol čas, a preto samotná otázka bola položená nesprávne, mnohí kozmológovia neboli veľmi spokojní.) Teória vo svojej nekvantovej verzii nedokázala vysvetliť dôvod, ktorý spôsobil Veľký tresk, expanziu vesmíru. Okrem toho existuje pôsobivý zoznam viac ako tucet ďalších problémov, s ktorými si teória A.A. Fridmana nevedela poradiť Tu je len niekoľko z nich: 1) Problém plochosti (alebo priestorového euklidovského) vesmíru: blízkosť zakrivenia priestoru k nule, ktorá sa líši podľa rádov z „teoretických očakávaní“; 2) problém veľkosti vesmíru: z hľadiska teórie by bolo prirodzenejšie očakávať, že náš vesmír neobsahuje viac ako niekoľko elementárnych častíc a nie 10 88 podľa moderných odhadov - ďalší obrovský rozpor medzi teoretickými očakávaniami a pozorovaniami! 3) problém s horizontom: dosť vzdialené body v našom vesmíre ešte nemali čas na interakciu a nemôžu mať spoločné parametre (ako napr

hustota, teplota atď.). Ale náš vesmír, Metagalaxia, vo veľkom meradle odmieta byť prekvapivo homogénny, napriek tomu, že to nie je možné. príčinná súvislosť medzi jeho odľahlými oblasťami.

Teraz, po tom, čo bola inflačná kozmológia schopná vyriešiť najviac Tieto problémy, ťažkosti relativistickej kozmológie, sú často vymenované a dokonca akosi veľmi ochotne. Ale v 60-70 rokoch boli aj ich zmienky veľmi zdržanlivé a dávkované, najmä tvárou v tvár Nefridmanovej výskumné programy. Po prvé, mnohí si ešte pamätali tragický osud relativistickej kozmológie, vystavenej ideologickým útokom nielen u nás. Po druhé, existovalo všeobecné pochopenie, že v blízkosti „začiatku“ začína hrať rozhodujúca úloha kvantové efekty. Z toho vyplynulo, že je potrebný ďalší prenos nových poznatkov z fyziky elementárnych častíc a kvantovej teórie poľa. Diskusia o kozmologických problémoch na úrovni NCM viedla k veľmi zaujímavým záverom. Boli predložené dva základné princípy, ktoré spôsobili silný „progresívny posun“ v kozmológii.

1) Princíp kvantového zrodu vesmíru. Kozmologická singularita je nevyhnutnou črtou pojmovej štruktúry kvantová kozmológia. Ale v kvantovej kozmológii ide len o hrubé priblíženie, ktoré musí byť nahradené konceptom spontánnych fluktuácií vákua (Tryon, 1973).

2) Princíp inflácie, podľa ktorého krátko po začiatku rozpínania Vesmíru prebiehal proces jeho exponenciálnej inflácie. Trvalo to asi 10 - 35 s, ale počas tejto doby by oblasť opuchu mala dosiahnuť, slovami A.D. Linde, "nepredstaviteľné veľkosti." Podľa niektorých modelov inflácie mierka Vesmíru (v cm) dosiahne 10 až mocninu 10 12, t.j. hodnoty, ktoré sú o mnoho rádov väčšie ako vzdialenosti od najvzdialenejších objektov v pozorovateľnom vesmíre.

O prvej verzii inflácie uvažoval A.A. Starobinsky v roku 1979, potom sa postupne objavili tri scenáre nafukovacieho vesmíru: scenár A. Gusa (1981), takzvaný nový scenár (A.D. Linde, A. Albrecht, P.J. . Steinhardt, 1982), chaotický scenár inflácie (A.D. Linde, 1986). Scenár chaotickej inflácie vychádza zo skutočnosti, že mechanizmus, ktorý generuje rýchlu infláciu raného vesmíru, je spôsobený skalárnymi poľami, ktoré zohrávajú kľúčovú úlohu

vo fyzike elementárnych častíc a v kozmológii. Skalárne polia v ranom vesmíre môžu nadobúdať ľubovoľné hodnoty; odtiaľ názov, chaotické nafúknutie.

Bloat vysvetľuje mnohé z vlastností vesmíru, ktoré predstavovali neriešiteľné problémy pre Friedmannovu kozmológiu. Napríklad dôvodom rozpínania vesmíru je pôsobenie antigravitačných síl vo vákuu. Podľa inflačnej kozmológie musí byť vesmír plochý. A.D. Linde dokonca považuje túto skutočnosť za predpoveď inflačnej kozmológie, potvrdenú pozorovaniami. Problémom nie je ani synchronizácia správania vzdialených oblastí Vesmíru.

Teória nafukovacieho vesmíru zavádza (zatiaľ na hypotetickej úrovni) vážne zmeny v bloku „svet ako celok“ NCM.

1. V plnom súlade s filozofickým rozborom pojmu „Vesmír ako celok“, ktorý viedol k záveru, že ide o „všetko, čo existuje“ z pohľadu danej kozmologickej teórie či modelu (a nie v nejaký absolútny zmysel), teória bezprecedentne rozšírila rozsah tohto konceptu v porovnaní s relativistickou kozmológiou. spoločný bod názor, že naša Metagalaxia je celý vesmír, bol opustený. V inflačnej kozmológii sa zavádza pojem Metaverza, zatiaľ čo pojem „minivesmíry“ sa navrhuje pre oblasti škály Metagalaxie. Teraz je Metavesmír považovaný za "všetko, čo existuje" z pohľadu inflačnej kozmológie a Metagalaxia - ako jeho lokálna oblasť. Ale je možné, že ak sa vytvorí jednotná teória fyzické interakcie(ETT, TVO), potom sa rozsah pojmu Vesmír ako celok opäť výrazne rozšíri (alebo zmení).

2. Friedmanova teória bola založená na princípe uniformity Vesmíru (Metagalaxy). Inflačná kozmológia pri vysvetľovaní faktu rozsiahlej homogenity Vesmíru pomocou mechanizmu inflácie zároveň zavádza nový princíp – extrémnu heterogenitu Metaverse. Kvantové fluktuácie spojené so vznikom miniverzov vedú k rozdielom fyzikálne zákony a podmienky, dimenzie časopriestoru, vlastnosti elementárnych častíc a iných mimometagalaktických objektov. Musím vám pripomenúť, že princíp nekonečnej rozmanitosti materiálny svet, najmä jeho fyzické formy- to je dosť stará filozofická myšlienka, ktorá teraz nachádza nové potvrdenie v kozmológii.

3. Metavesmír ako súbor mnohých minivesmírov vznikajúcich kolísaním časopriestorovej „peny“ je zjavne nekonečný, nemá začiatok a koniec v čase (I.D. Novikov ho nazval „večne mladý vesmír“, netušiac, že ​​táto metafora bola začiatok 20. storočia vynašiel K.E. Tsiolkovsky, kritizujúc teóriu tepelnej smrti vesmíru).

4. Teória rozpínajúceho sa vesmíru uvažuje o procesoch kozmickej evolúcie výrazne iným spôsobom ako Friedmann. Odmieta názor, že celý vesmír vznikol pred 10 9 rokmi z jednotného stavu. Toto je len vek nášho minivesmíru, Metagalaxy, ktorý sa vynoril z vákuovej „peny“. V dôsledku toho bolo „pred“ začiatkom expanzie Metagalaxie vákuum, ktoré moderná veda považuje za jednu z fyzických foriem hmoty. Ale ešte predtým, ako bol tento záver urobený v kozmologickom kontexte, bola filozofickými úvahami podložená relativita a vôbec nie absolútnosť a úplne prirodzený, nie transcendentný charakter expanzie. Koncept „stvorenia sveta“, ktorý sa kedysi nachádzal v textoch A. A. Fridmana a nespočetne veľakrát – v teologických, filozofických a vlastne kozmologických dielach počas väčšiny 20. storočia, sa tak ukazuje ako iba metafora. to nevyplýva z podstaty inflačnej kozmológie. Metaverza sa podľa teórie môže ukázať ako stacionárna, hoci evolúciu minivesmírov v nej zahrnutých opisuje teória veľkého tresku.

A.D. Linde predstavil koncept večnej inflácie, ktorý popisuje evolučný proces, pokračujúc ako reťazová reakcia. Ak Metaverse obsahuje aspoň jednu nafukovaciu oblasť, bude neustále vytvárať nové nafukovacie oblasti. Objavuje sa rozvetvená štruktúra minivesmírov, podobná fraktálu.

5. Inflačná kozmológia umožnila úplne nové chápanie problému singularity. Pojem singularity, neodstrániteľný v rámci štandardného relativistického modelu založeného na klasickej metóde popisu a vysvetľovania, výrazne mení svoj význam v kvantovej metóde popisu a vysvetľovania používanej v inflačnej kozmológii. Ukazuje sa, že vôbec nie je potrebné predpokladať, že existoval nejaký jediný začiatok sveta, aj keď tento predpoklad naráža na určité ťažkosti. Ale podľa A.D. Lindeho v scenároch chaotickej inflácie vesmíru „obzvlášť jasne vidno, že

namiesto tragédie zrodu celého sveta z jedinečnosti, pred ktorou nič neexistovalo, a jeho následnej premeny na nič, máme dočinenia s nekonečným procesom vzájomnej premeny fáz, v ktorých sú kvantové fluktuácie metriky malé, resp. naopak veľké. Z toho vyplýva, že nedávno neotrasiteľný záver o existencii všeobecnej kozmologickej singularity na začiatku expanzie stráca na dôveryhodnosti. Netreba tvrdiť, že všetky časti vesmíru sa začali rozpínať súčasne. Singularita je v teórii rozpínajúceho sa vesmíru nahradená kvantovou fluktuáciou vákua.

6. V súčasnej fáze svojho vývoja inflačná kozmológia reviduje predchádzajúce predstavy o tepelnej smrti vesmíru. A.D.Linde hovorí o „samoreprodukujúcom sa nafukovacom vesmíre“, t.j. proces nekonečnej sebaorganizácie. Miniverzy prichádzajú a odchádzajú, ale tieto procesy nemajú jediný koniec.

7. Antropický princíp (AP) zohráva významnú úlohu v relativistickej aj inflačnej kozmológii. Spája základné parametre nášho vesmíru, Metagalaxie, parametre elementárnych častíc a fakt ľudskej existencie v Metagalaxii. Kozmologické podmienky nevyhnutné pre vznik človeka zahŕňajú nasledovné: Vesmír (metagalaxia) musí byť dostatočne veľký, plochý a homogénny. Práve tieto jeho vlastnosti vyplývajú z teórie rozpínajúceho sa vesmíru. Je nemožné vysvetliť jednotnosť jeho štruktúry a vlastností v rámci oblasti pokrytej pozorovaniami bez zapojenia procesu inflácie v ranom vesmíre.

Je ľahké vidieť, že filozofické základy inflačnej kozmológie prepletali samostatné myšlienky a obrazy, preložené z rôznych filozofických systémov. Napríklad myšlienka nekonečného počtu svetov má dlhú filozofickú tradíciu už od čias Leucippa, Demokrita, Epikura, Lucretia. Obzvlášť hlboko ho rozvinuli Mikuláš Kuzanský a Giordano Bruno. Myšlienka aristotelovskej metafyziky o premene potenciálne možného na skutočné mala vplyv nielen na kvantovú metódu opisu a vysvetľovania používanú inflačnou kozmológiou, ale ukazuje sa aj paradoxným spôsobom! - predchodca evolučné myšlienky túto teóriu. Je to paradoxné, pretože sám Aristoteles považoval vesmír za jediný a vzhľadom na vznik a zánik ako zemské procesy, pripisovaný nemennosti oblohy v

čas a uzavretosť v priestore. Ale ním vyjadrené myšlienky o potenciálnom a skutočnom bytí boli prenesené, na rozdiel od Aristotelových vlastných názorov, do nekonečného Metaverza. Vplyv Platónových myšlienok nachádzajú aj vo filozofických základoch inflačnej kozmológie. V každom prípade ho možno vysledovať cez novoplatonikov renesancie.

Niektorí vedci (napríklad A.N. Pavlenko) sa domnievajú, že inflačná kozmológia by sa mala považovať za novú etapu modernej revolúcie vo vede o vesmíre, pretože nielenže vytvára novú NCM, ale vedie aj k revízii niektorých ideálov a normy poznania (napríklad ideály dôkaz poznania, ktoré sú redukované na vnútroteoretické faktory). Ako prognóza alebo odborné posúdenie je takéto hľadisko prijateľné, ak však vezmeme do úvahy nasledujúce okolnosti.

Samozrejme, nutným znakom určitej etapy je rozvoj teórie, ktorá spôsobuje zásadný posun v našom poznaní sveta a vážne ideologické dôsledky. vedecká revolúcia. Táto vlastnosť by však mala byť doplnená odôvodnením. nová teória, jej priznania k vedeckej komunity, ktorá je tiež zaradená do štruktúry revolučného posunu. Mierou radikálnosti, s akou inflačná kozmológia (najmä variant chaotickej inflácie) reviduje obraz sveta ako celku, jednoznačne prevyšuje teóriu A. A. Fridmana. V komunite kozmológov začala používať veľký vplyv, ktorá však vznikla nie hneď. V prvej polovici osemdesiatych rokov boli rôzne scenáre kvantového zrodu vesmíru z vákua považované za konkurenčné, pričom jedným z nich bola inflačná kozmológia. Bolo to spôsobené výraznými nedostatkami prvých scenárov nafúknutia. Až po vzniku chaotického inflačného scenára nastal prelom v uznaní novej kozmológie. Napriek tomu zostáva problém podloženia tejto kozmologickej teórie zatiaľ otvorený, práve preto, že nezodpovedá v súčasnosti uznávaným ideálom a štandardom poznatkov založených na dôkazoch (iné Vesmíry sú zásadne nepozorovateľné). Nádeje na zmenu týchto ideálov v dohľadnej dobe (odstránenie povinnosti „vonkajšieho ospravedlnenia“) sú zatiaľ malé. Presne povedané, revolúcia potenciálne stelesnená v inflačnej kozmológii sa môže, ale nemusí uskutočniť. Ostáva zatiaľ len dúfať v jeho vývoj, nevynímajúc úplne ďalšie nečakané a zatiaľ nepredvídateľné zvraty v tejto oblasti.

Sociokultúrna asimilácia inflačnej kozmológie obsahuje zaujímavý bod. Vo svojej podstate mimoriadne revolučný, nový kozmologická teória nespôsobila veľký „boom“. Od objavenia sa prvej verzie tejto teórie uplynulo asi 20 rokov, ale takmer neprekročila pomerne úzky okruh odborníkov, nestala sa zdrojom filozofických diskusií, dokonca ani zďaleka pripomínajúcich divoké bitky okolo teórie Koperníka, ktorý vzrušoval mysle ešte pred vydaním jeho nesmrteľného pojednania, alebo okolo teórie A.A.Fridmana. Táto zarážajúca okolnosť si vyžaduje vysvetlenie.

Je možné, že hlavným dôvodom je, žiaľ, pokles záujmu o vedecké, najmä fyzikálne a matematické poznatky, ktoré sú intenzívne nahrádzané tzv. iný druh náhradné, často spôsobujúce nezmerateľne viac vzrušenia ako tie najprvotriednejšie vedecké úspechy. Teraz nachádza odozvu len niekoľko objavov vedy, ktoré nachádzajú priamu súvislosť s problémami ľudskej existencie.

Ďalej, inflačná kozmológia je extrémne komplexná teória, čo nie je príliš jasné ani odborníkom zo susedných oblastí fyziky, a ešte viac laikom, a už len z tohto dôvodu je mimo rámca týchto záujmov.

Nakoniec myšlienka jediného a konečného vesmíru v čase zapustila príliš hlboké korene v kultúre a mala na ňu príliš veľký vplyv. silný vplyvľahko ustúpiť teórii, ktorá sa jasne podobá na dávno zavrhnuté kozmologické vzorce.

Pokrok v kozmológii však pokračuje a najbližšie roky pravdepodobne povedú k spoľahlivejším odhadom teórie inflačného vesmíru.

Literatúra

1. Linde A.D. Fyzika elementárnych častíc a inflačná kozmológia. M., 1990.

2. Kazyutinsky V.V. Pojem "vesmír" // Nekonečno a vesmír. M., 1969.

3. Kazyutinsky V.V. Idea vesmíru // Problémy filozofie a svetonázoru moderná veda. M., 1981.