Начало тут.
Налейте чаю и приступайте к неспешному вдумчивому чтению. :)
Напоминаем: в 90-х годах астрофизик родом из СССР Андрей Дмитриевич Линде, продолжая наработки других учёных (такая преемственность в науке — обычное явление), разработал модель зарождения и устройства Вселенной, которая была названа хаотической инфляцией. На сегодня это основная парадигма, которая всё ещё нуждается в подтверждениях, но тем не менее признана наиболее правдоподобной — несмотря на фантастичность некоторых выводов (описанных в первой статье).
И теперь мы узнаем, в чём основная идея, и придём к пониманию теории на качественном уровне.
Для начала нужно принять научный подход к описанию мира: вместо утверждения, что явление устроено именно так (например, электрон — точечная частица), в науке принято говорить, что есть наиболее полно описывающая это явление модель. Например, модель электрона, в которой у него нет размера в обычном понимании этого слова; поэтому в некоторых задачах радиус электрона может быть выбран из нескольких типичных величин.
Мы можем утверждать, что мяч круглый, из непосредственного наблюдения через наши органы чувств, но есть множество явлений, которые мы не можем наблюдать напрямую. Для них-то и применим принцип наилучшей модели. В космологии поиск такой модели для Вселенной продолжается по сей день, и лидирует среди всех модель хаотической инфляции (далее — энциклопедическое сокращение Х.и.). (Также, под Вселенной с большой буквы мы будем понимать весь универсум, включающий все возможные вселенные с маленькой буквы, одна из которых — наша).
Итак, наилучшим образом структуру и эволюцию Вселенной описывает нижеследующая модель. Поскольку Х.и. говорит о том, что любая вселенная зарождается из микроскопической области другой вселенной, то рассмотрим, как этот процесс происходит в нашей.
Всё пространство нашей вселенной заполнено вакуумом, не считая небольшого объёма, приходящегося на частицы, и этот вакуум "кипит" — в нём постоянно происходят всплески всех существующих полей (электромагнитного, ядерного и других). Они порождают пары частиц, которые тут же исчезают обратно. Но одно из этих полей, которое называется полем инфлатона (так же как электромагнитное поле — это поле фотона, то есть инфлатон — это частица), ведёт себя особым образом.
Если всплеск этого поля в какой-то области очень большой (а размеры такой области скорее всего будут сравнимы с планковской длиной — это 10 в -33 степени сантиметров, гораздо меньше атомного ядра), то происходит рождение новой вселенной...
Нужно отметить, что поле инфлатона существует в 11-мерном пространстве, и наша вселенная сродни поверхности пузырька или даже паутинки в ней. Поэтому, когда рождается "отпочкованная" новая вселенная, то она растёт "вбок" от родительской, как ветка от более крупной ветки. То есть, она никак не пересекается с родительской вселенной и существует самостоятельно.
Итак, произошёл сильный всплеск поля. Вероятность всплеска резко падает с его величиной, поэтому почти везде всплески слабые. Но там, где (исключительно редко!) его величина достаточно велика, в той области пространства вступает в силу особое качество поля инфлатона. Это — своего рода антигравитационное расталкивание пространства. Такая область начинает расти — и очень быстро. Здесь мы снова вспомним понятие экспоненциально больших величин из первой статьи: каждую одинаковую долю секунды размер новой вселенной удваивается.
Теперь осторожно — цифры!
Напомним, что планковская единица времени равна примерно 10 в -43 степени секунды. За время, исчисляемое многими триллионами планковских единиц (всё ещё сильно меньше, чем длится даже взаимодействие частиц ядра в атоме!), вселенная успевает обрести размеры, указанные в первой статье.
(В самом деле, если записать простое выражение: 2 в степени 10 в степени, например, 13 (т.е. удвоение размеров каждые 10 в 13 степени мгновений), то мы и получим размеры порядка 10 в 10 в 12 степени. Это невообразимо больше видимой вселенной. Это и есть одна из экспоненциально больших величин).
Это быстрое расширение и называется инфляцией.
Пространство расширяется до экспоненциально больших размеров потому, что поле инфлатона в нём падает достаточно медленно, сохраняя своё расширяющее свойство. Но вот, однажды оно падает ниже некоторой критической величины, и инфляция прекращается.
Здесь нужно отметить, что вместе с пространством расширилось и само поле, которое само по себе не вполне однородно (хотя и "почти" однородно). В нём присутствуют некоторые флуктуации (те самые всплески), которые из-за расширения "замёрзли", т.е., обретя макроскопические (громадные) размеры, уже не вернулись в состояние равновесия. (Ведь вакуум "кипит" на очень малых масштабах, но они резко увеличились, быстрее, чем "кипение" могло бы прекратиться. Получается "фотография" структуры вакуума)
По структуре эти флуктуации напоминают пену. На микроуровне она непрерывно меняется, но, резко расширившись, она сохраняет навсегда фиксированную форму. Мы наблюдаем это как войды — огромные пустоты в космосе — и скопления галактик на границах войдов-"пузырьков пены".
Мыльная пена и...
..."пена" вселенной.
До того, как превратиться в материю, эта "пена" была "пеной" поля инфлатона. Поле присутствует в каждой точке пространства, но величина его везде разная. Какая? Ответ зафиксирован в структуре вселенной. Там, где величина была больше, поле "дрожало", "остывая" и рождая своей вибрацией всё множество частиц (по большей части, протонов, электронов и фотонов). Именно эта стадия "выпадения" энергии поля инфлатона в частицы и называется сегодня Большим Взрывом. Далее — поле сохранялось, есть оно и сегодня — повсюду. Но величина его слишком мала для инфляции, и только небольшое расширение вселенной фиксируется астрономами.
Но процесс зарождения новой вселенной может повториться вновь в любой точке пространства, и мы это даже не почувствуем... Наш вакуум продолжает "кипеть", и сценарий хаотической инфляции продолжается.
На сегодня достаточно. В следующей части расскажем о многообразии вселенных во Вселенной. Вы узнаете о том, что существуют миры с совсем другими законами физики, где нет даже звёзд и привычного нам вещества. И почему мы существуем именно в этой вселенной — поговорим об антропном принципе.
Оценили 4 человека
8 кармы