Проблема горизонта
Инфляция не только объясняла факты, свидетельствующие о том, что Вселенная плоская, – она также решила проблему горизонта. Эта проблема основана на простом понимании того, что ночное небо кажется относительно однородным, в какую бы точку вы ни смотрели. Если вы повернете голову на 180°, то увидите, что Вселенная однородна, хотя только что видели сегменты Вселенной, разделенные десятками миллиардов световых лет. Мощнейшие телескопы не могут обнаружить каких-либо заметных отклонений в этой однородности. Наши космические спутники показали, что космическое фоновое микроволновое излучение также распределено чрезвычайно однородно. В какую бы точку космоса мы ни проникли, температура фонового излучения меняется не более чем на одну тысячную градуса.
Но в этом-то и проблема, поскольку скорость света является конечным скоростным пределом во Вселенной. За время жизни Вселенной свет или информация никоим образом не могли пройти расстояние от одной части ночного неба к другой. Если взять, скажем, микроволновое излучение, видимое в одном направлении, то оно путешествовало более 13 млрд лет с момента Большого взрыва. Но если мы повернем голову на 180°, то увидим такое же микроволновое излучение, которое тоже пропутешествовало более 13 млрд лет. Поскольку эти излучения имеют одну и ту же температуру, это означает, что они находились в термальном контакте еще в начале времен. Но различные точки в ночном небе, разделенные расстоянием в 26 млрд световых лет, с момента Большого взрыва никоим образом не могли обменяться информацией.
Ситуация выглядит еще хуже, если взглянуть на небо через 380 000 лет после Большого взрыва, когда впервые образовалось микроволновое фоновое излучение. Если мы взглянем на противоположные точки небесной сферы (не простым глазом, естественно), то увидим, что излучение почти однородно. Но, согласно расчетам в рамках теории Большого взрыва, между этими противоположными точками лежит расстояние в 90 млн световых лет (из-за космического расширения после взрыва). Но свет никак не мог пройти 90 млн световых лет за 380 000 лет. Информация должна была бы двигаться со скоростью, намного превышающей скорость света, а это невозможно.
По справедливости, Вселенная должна казаться довольно комковатой, при этом одна ее часть находилась бы слишком далеко от другой, чтобы они могли контактировать между собой. Как может Вселенная казаться настолько однородной, когда у света просто-напросто не было достаточно времени, чтобы перенести и распространить информацию из одной части Вселенной в другую? (Принстонский физик Роберт Дикке назвал это проблемой горизонта, поскольку горизонт – самая отдаленная точка, которую мы можем видеть, то есть самая отдаленная точка, до которой может распространяться свет.)
Однако Гут понял, что инфляция дает ключ к разрешению и этой проблемы. Он сделал следующий вывод: наша Вселенная, видимо, была крошечным язычком изначального огненного облака. Температура и плотность этого язычка были однородны. Но инфляция внезапно увеличила этот язычок однородного вещества в 1050 раз со скоростью, намного превышающей скорость света, а потому видимая сегодня Вселенная кажется столь однородной. Так что ночное небо и микроволновое излучение кажутся столь однородными из-за того, что видимая Вселенная была когда-то крошечным, но однородным язычком изначального облака пламени, который внезапно расширился, образовав Вселенную.
Реакция на инфляцию
Хотя Гут был уверен в том, что теория инфляционного расширения верна, он несколько нервничал, когда начал читать первые публичные лекции. Когда в 1980 году он представил свою теорию, то признался: «Я все еще беспокоился о том, что некоторые заключения в теории могли быть неверны. И побаивался, что покажусь незрелым космологом»
{53}. Но его теория была столь изящна и мощна, что физики всего мира незамедлительно уяснили всю ее важность. Нобелевский лауреат Марри Гелл-Ман воскликнул: «Вы решили важнейшую проблему космологии!» Другой нобелевский лауреат Шелдон Глэшоу по секрету сообщил Гуту, что Стивен Вайнберг был «взбешен», когда услышал об инфляции. Гут взволнованно спросил: «У Стива были какие-то возражения по поводу теории?»
{54} Глэшоу ответил: «Нет, просто он жалел, что сам до нее не додумался». Ученые задавались вопросом, как они могли упустить такое простое решение. Теорию Гута восторженно приняли физики-теоретики, пораженные ее размахом.
Новая теория расширила и перспективы Гута на получение работы. Когда-то из-за большой конкуренции на рынке труда он лицом к лицу столкнулся с безработицей. «Я находился в критической ситуации в смысле трудоустройства»
{55}, – признавался он. Внезапно на него посыпались предложения из лучших университетов, но Массачусетский технологический институт, который он выбрал с самого начала, не прислал ему приглашения. Тогда же Гут прочитал записочку-предсказание, запеченную в печенье
[15], которая гласила: «Если вы не слишком застенчивы, то прямо перед вами находится волнующая возможность». Это предсказание придало ему мужества позвонить в Массачусетский технологический институт и осведомиться о возможности получения работы. Он был ошеломлен, когда через несколько дней ему перезвонили из института и предложили должность профессора. В следующем печенье он обнаружил вот такое предсказание: «Не нужно действовать под влиянием момента». Не обратив внимания на совет, он решил принять предложение МТИ. «В конце концов, что может знать китайское печенье?» – спросил он себя.
Однако возникли серьезные проблемы. Астрономы были не слишком очарованы теорией Гута, поскольку в ней зияла пробоина; она давала неверный прогноз Ω. Тот факт, что Ω довольно близка к 1, мог объясняться теорией инфляции. Однако инфляционная теория шла намного дальше и предсказывала, что Ω (или Ω + Λ) должна в точности равняться 1, что соответствовало плоской Вселенной. В следующие годы по мере того, как накапливалось все больше экспериментальных данных о расположении темной материи во Вселенной, значение Ω несколько сдвинулось, поднявшись с 0,1 до 0,3. Но это значение все еще было потенциально опасным для теории инфляционного расширения. Хотя в течение следующего десятилетия физики посвятили теории инфляционного расширения более трех тысяч работ, астрономы ее считали странной. Им казалось, что имеющиеся у них данные исключают возможность инфляционного расширения Вселенной.
Некоторые астрономы жаловались, что физики, занимающиеся теорией частиц, настолько захвачены красотой этой теории, что готовы пренебречь экспериментальными фактами. (Астроном Роберт Киршнер из Гарварда писал: «Эта "инфляционная" теория звучит безумно. Тот факт, что ее серьезно воспринимают люди, которые пользуются заслуженным авторитетом, не превращает ее автоматически в правильную»
{56}. Роджер Пенроуз из Оксфорда назвал теорию инфляционного расширения «модой, которую специалисты, занимающиеся физикой высоких энергий, навязали космологам. Даже муравьеды думают, что их детеныши прекрасны»
{57}.)
