Инфляция дает два ключевых предсказания. Во-первых, плотность мироздания должна быть близка к критической. Во-вторых, неоднородности в микроволновом фоне, которые, согласно инфляции, являются усиленными квантовыми флуктуациями, должны обладать характерным «плоским» спектром на угловых масштабах больше 2°. Оба эти предсказания подтверждаются наблюдениями. Плотность Вселенной близка к критическому значению (или, может быть, даже равна ему), а неоднородности реликтового излучения действительно согласуются с плоским спектром. К сожалению, оба эти предсказания делались и в рамках других моделей – причем еще до того, как была разработана теория инфляции. Пока не ясно, сможем ли мы когда-нибудь найти ее подтверждения при помощи астрономических наблюдений. Впечатляющий прогресс, начавшийся в наблюдательной космологии с 1977 г., подвел экспериментальную базу под стандартную теорию Большого взрыва. Однако тут же возникла пропасть между фантазиями теоретиков и тем, что именно астрономы могут узнать из наблюдений.
То же самое можно сказать и о физике элементарных частиц. Начиная с 1977 г. блестящие открытия в ней следовали одно за другим. Самое значительное – это, пожалуй, обнаружение W- и Z-бозонов, переносчиков слабого взаимодействия. Как следствие, рассеялись все сомнения в правильности стандартной модели электромагнитных, слабых и сильных взаимодействий. В частности, триумфальное шествие «асимптотически свободной» теории сильных взаимодействий лишило смысла наши рассуждения в главе 7 о максимальной температуре в 2 триллиона градусов (1012 K). При более высоких температурах нуклоны диссоциируют на кварки, поэтому вещество во Вселенной представляет собой газ из кварков, лептонов и фотонов. Очередные трудности встречаются теперь только при температуре 100 миллионов миллионов миллионов миллионов миллионов градусов (1032 K), когда гравитация по интенсивности сравнивается с остальными силами. У теоретиков нет недостатка в идеях по поводу того, что происходит при столь экстремальных температурах, но напрямую проверить эти идеи в эксперименте пока не представляется возможным.
Одна из самых удивительных теоретических схем, над которой физики трудятся с 1977 г., – это теория струн. Объектами в ней являются не точечные частицы, а струны, протяженные в пространстве-времени. У них может быть мод колебаний от одной до бесконечности, каждую из которых мы воспринимаем как отдельный сорт элементарных частиц. Гравитация не только естественным образом вписывается, но и неизбежно вытекает из теории струн. Квант гравитационного излучения оказывается одной из мод колебаний замкнутой струны. Современные теории струн предсказывают максимальную температуру, но она теперь составляет порядка 1032 K, а не 1012 K.
К сожалению, струнных теорий не одна, а тысячи, и мы не знаем, как рассчитать наблюдаемые следствия и почему при описании нашей Вселенной одна теория струн предпочтительнее другой. Однако один из аспектов этих теорий имеет для космологии большое значение. Знакомый нам четырехмерный пространственно-временной континуум оказывается не фундаментальной сущностью, а возникает лишь как приближенное описание природы при температуре ниже 1032 K. Кто знает, возможно, главный вопрос не в том, каким было начало и было ли оно вообще? Может быть, нам придется учиться познавать природу в условиях, когда понятия пространства и времени теряют смысл.
Литература для углубленного чтения
Хотя с момента издания некоторых из приведенных здесь книг прошло немало времени, они могут вызвать интерес у читателя, который захочет проследить за эволюцией космологических представлений. Научные работы, адресованные специалистам, помечены звездочкой. – Примеч. пер.
Космология
B.Н. Лукаш, Е. В. Михеева. Актуальные проблемы космологии // Наука и жизнь, 2006, № 5. – С. 102–107.
*В.Н. Лукаш, В. А. Рубаков. Темная энергия: мифы и реальность // Успехи физических наук, 2008, Т. 178. – С. 301.
И. Д. Новиков. Черные дыры и Вселенная. – М.: Молодая гвардия, 1985.
*Я.Б. Зельдович, И. Д. Новиков. Строение и эволюция Вселенной. – М.: Наука, 1975.
C. Вайнберг. Гравитация и космология. – М.: Мир, 1975.
*С. Хокинг, Дж. Эллис. Крупномасштабная структура пространства-времени, М.: Мир, 1977.
*Ч. Мизнер, К. Торн, Дж. Уилер. Гравитация, в 3 т. – М.: Мир, 1977.
Д. Шама. Современная космология, М.: Мир, 1973.
Ф. Пиблс. Физическая космология. – М.: Мир, 1975.
*В.Н. Лукаш, Е. В. Михеева. Физическая космология, М.: Физматлит, 2010.
Г. С. Бисноватый-Коган. Релятивистская астрофизика и физическая космология. – М.: Красанд, 2010.
*Д.С. Горбунов, В. А. Рубаков. Введение в теорию ранней Вселенной: Теория горячего Большого взрыва. – М.: URSS, 2008.
*Д.С. Горбунов, В. А. Рубаков. Введение в теорию ранней Вселенной: Космологические возмущения. Инфляционная теория. – М.: URSS, 2010.
Физика элементарных частиц
А. Азимов. Загадки микрокосмоса. От атома до галактики. – М.: Центрполиграф, 2004.
С. Вайнберг. Мечты об окончательной теории. – М.: URSS, 2008.
Б. Грин. Элегантная Вселенная. – М.: URSS, 2008.
Л. Б. Окунь. Физика элементарных частиц. – М.: URSS, 2008.
*В.А. Рубаков. Классические калибровочные поля. Бозонные теории. – М.: URSS, 2010.
Другое
С. Стурлусон, Младшая Эдда. – Ленинград: Наука, 1970.
И. Кант. Всеобщая естественная история и теория неба. – М.: Директ-Медиа, 2002.
Р. Фейнман. Характер физических законов. – М.: Наука, 1987.
С. Хокинг. Мир в ореховой скорлупке. – М.: URSS, 2008.
А. Эйнштейн. Работы по теории относительности / предисловие С. Хокинга. – М.: Амфора, 2008.
