Квантовая рябь вместо Большого взрыва? Новая теория утверждает, что Вселенная родилась гораздо проще
Каждый из нас хоть раз, глядя на звёздное небо, задавался вопросом: «А с чего всё началось?». Этот вопрос — один из самых фундаментальных для человечества. Десятилетиями у науки был вполне стройный ответ: Вселенная родилась в результате Большого взрыва, а затем, в первые мгновения, раздулась до невообразимых размеров. Этот процесс назвали космической инфляцией. Звучит логично и красиво. Но что, если эта элегантная теория — лишь сложный «костыль», который мы придумали, чтобы объяснить то, что и без него работает?
Недавно группа учёных из Испании и Италии под руководством Рауля Хименеса предложила идею, которая может перевернуть наши представления о рождении космоса. Их работа, опубликованная в престижном журнале Physical Review Research, предлагает взглянуть на проблему проще. Возможно, для создания галактик, звёзд и планет не нужны были никакие экзотические частицы и гипотетические поля. Возможно, хватило лишь двух вещей, которые мы уже знаем: гравитации и квантовой механики.
Почему инфляция была так популярна (и в чём её ахиллесова пята)?
Чтобы понять всю смелость новой гипотезы, нужно сперва разобраться, зачем вообще придумали инфляцию. Классическая теория Большого взрыва оставляла несколько очень неудобных вопросов. Например, почему Вселенная такая однородная? Если посмотреть в две противоположные стороны неба, мы увидим области, которые, по идее, никогда не могли «общаться» друг с другом — свет просто не успел бы дойти от одной к другой за всё время существования космоса. Так почему же у них одинаковая температура?
Инфляция решала эту проблему изящно. Она утверждала, что в самом начале Вселенная была крошечной, и все её части успели «договориться» об общей температуре. А потом — бац! — она молниеносно расширилась, растянув эту однородность на гигантские расстояния.
Звучит как идеальное решение. Но есть нюанс. Модель инфляции, как хороший костюм, требует постоянной подгонки. В неё встроено множество «свободных параметров» — переменных, которые можно настраивать, чтобы теория совпадала с наблюдениями. Это немного похоже на попытку угадать рецепт блюда, добавляя щепотку того, щепотку этого, пока вкус не станет похожим на то, что нужно. Вы получаете результат, но понимаете ли вы на самом деле, как работает рецепт? Учёные называют это проблемой предсказания: теория должна предсказывать то, чего мы ещё не видели, а не просто объяснять то, что уже известно. И с этим у инфляции были трудности.
Всё, что нужно, — это гравитация и немного ряби
И вот здесь на сцену выходит команда Рауля Хименеса. Их предложение радикально в своей простоте. Забудьте про гипотетическую частицу «инфлатон», приводящую в движение расширение. Забудьте про сложные поля. Давайте начнём с того, что у нас уже есть.
Их модель отталкивается от так называемого пространства де Ситтера — это, грубо говоря, максимально простая Вселенная, в которой нет ничего, кроме вакуума и тёмной энергии, заставляющей всё расширяться. Важно то, что это не какая-то умозрительная выдумка, а состояние, которое хорошо согласуется с тем, что астрономы наблюдают в космосе прямо сейчас.
Что же послужило «семенами» для будущих галактик? Ответ поражает: квантовые флуктуации. Даже в абсолютно пустом пространстве постоянно возникают и исчезают микроскопические возмущения энергии. Это фундаментальное свойство нашего мира. Новая теория предполагает, что эти флуктуации в ткани самого пространства-времени и есть те самые гравитационные волны — рябь, бегущая по космосу.
В первые мгновения эти волны были крошечными. Но со временем, подчиняясь законам гравитации, они начали взаимодействовать друг с другом, усложняться. В местах, где рябь была чуть сильнее, плотность материи становилась немного выше. А дальше — дело техники. Гравитация, как неутомимый скульптор, миллиарды лет стягивала вещество в эти уплотнения, формируя из них звёзды, галактики и, в конечном итоге, нашу планету.
Никаких лишних сущностей. Только гравитация и квантовая механика — два столпа современной физики.
Наука в лучшем виде: изящно и… опровержимо
Самое прекрасное в этой новой идее — не только её элегантность. Её главное достоинство в том, что она проверяема. И даже опровержима.
Как говорит сам Хименес, они не добавляют в модель «спекулятивные элементы». Они делают чёткие предсказания. Согласно их расчётам, самые первые гравитационные волны должны были оставить вполне конкретный след, который можно будет обнаружить с помощью будущих обсерваторий, таких как космический интерферометр LISA. Если мы найдём этот след — теория получит мощное подтверждение. Если не найдём — что ж, значит, она была неверна.
И в этом заключается истинная сила науки. Хорошая теория не та, которую нельзя опровергнуть, а та, которая смело подставляет себя под удар эксперимента. Модель инфляции, из-за своей гибкости, похожа на боксёра, который умело уворачивается от любого удара. Новая же теория выходит на ринг и говорит: «Вот мои слабые места. Попробуйте ударить».
Конечно, пока рано списывать инфляцию со счетов. Это лишь одна, хоть и очень красивая, гипотеза. Но она открывает захватывающую перспективу: возможно, для объяснения величайшей загадки бытия нам не нужны сложные и экзотические конструкции. Возможно, ответ всё это время был у нас перед глазами, скрытый в самих законах гравитации и квантового мира. И это, честно говоря, куда более поэтичная история о рождении всего.
