Читати книгу - "Таємниці походження всесвіту"

надувають. Якщо розвинути цю аналогію, то поверхня кульки, надутої дуже сильно, скажімо, до розмірів земної кулі, виглядатиме дуже пласкою, точно як Канзас. Цей феномен, який породжує двовимірне сприйняття Землі, поширюється й на тривимірну кривизну простору як такого. Після роздуття простір здаватиметься пласким; якщо точніше, він виглядатиме як усесвіт, у якому, на думку більшості з нас, ми вже й так живемо, де паралельні лінії не перетинаються, а осі x, y та z в усіх точках усесвіту вказують у тих самих напрямках.

Після роздуття енергія, що зберігалась у просторі в лжевакуумному стані, вивільниться, породжуючи елементарні частинки та повторно нагріваючи всесвіт до високої температури, створюючи таким чином природну й реалістичну початкову умову подальшого стандартного гарячого розширення в рамках Великого вибуху.

Мало того, через рік після того, як Гут запропонував свою картину, кілька груп здійснили обрахунки, що сталося б із частинками й полями під час стрімкого розширення всесвіту в процесі роздуття. Вони відкрили, що незначні неоднорідності, спричинені квантовими ефектами ранніх часів, під час роздуття «заморозяться». Після роздуття ці незначні неоднорідності розростуться й утворять галактики, зірки, планети тощо й також залишать відбиток на реліктовому мікрохвильовому фоновому (РМФ) випромінюванні, який точно відповідає пізніше встановленій закономірності. Проте, використовуючи різні моделі роздуття, можемо одержати різні передбачення РМФ-анізотропій (на цьому етапі роздуття є радше моделлю, аніж теорією, а оскільки експериментально не встановлено існування якогось одного унікального ТВО-переходу, допустимі й багато різних варіантів).

На основі роздуття було зроблене ще одне захопливе та більш однозначне передбачення. Упродовж періоду стрімкого розширення в просторі виникатимуть брижі, що називаються гравітаційними хвилями. Ці брижі спричинятимуть появу в РМФ іще однієї характерної сигнатури, яку можна спробувати віднайти. 2014 року команда експерименту BICEP оголосила про виявлення сигналу, ідентичного передбаченому. Це спричинило неабиякий ажіотаж у спільнотах як космологів-теоретиків, так і космологів-спостерігачів. Ми разом із Френком Вільчеком написали статтю, яка вказувала не лише на те, що таке спостереження вказуватиме на масштаб порушення симетрії, який точно відповідатиме масштабу порушення ТВО-симетрії в моделях із суперсиметрією, а й на те, що таке спостереження однозначно засвідчить, що на малих масштабах гравітація має бути квантовою теорією, тож пошуки квантової теорії гравітації не є марними.

Проте, на превеликий жаль, оголошення команди BICEP виявилося передчасним. Подібний сигнал могли породити інші фонові випромінювання нашої галактики, і на час написання цих рядків за відсутності однозначних підтверджень роздуття чи квантової гравітації ситуація досі виглядає непевною.

Зовсім нещодавно, між завершенням першого чорнового варіанта та остаточної редакції цієї книги, неймовірний набір детекторів під назвою Лазерно-інтерферометрична гравітаційно-хвильова обсерваторія (LIGO), що в Генфорді, штат Вашингтон, та Лівінгстоні, штат Луїзіана, зробив перше переконливе безпосереднє відкриття гравітаційних хвиль. LIGO – неймовірна й амбітна машина. Для виявлення гравітаційних хвиль, випромінюваних у результаті зіткнення чорних дір у віддалених галактиках, експериментатори повинні були навчитися виявляти коливальну різницю довжин двох чотирикілометрових перпендикулярних рукавів детекторів із точністю до однієї тисячної частки розміру протона – це все одно, що виміряти відстань між Землею та найближчою зіркою після нашого Сонця, а саме Альфою Центавра, з точністю до ширини людської волосини!

Яким би разючим не було відкриття гравітаційних хвиль у LIGO, зафіксовані нею хвилі спричинені віддаленим астрофізичним зіткненням, а не першими миттєвостями Великого вибуху. Проте успіх LIGO є провісником побудови нових детекторів, тож саме гравітаційно-хвильова астрономія, скоріш за все, стане астрономією ХХІ століття.

Якщо в цьому чи наступному столітті наступники LIGO чи BICEP зможуть безпосередньо виміряти сигнатуру гравітаційних хвиль, спричинених роздуттям, нам відчиниться вікно у фізику всесвіту на той час, коли йому ще не виповнилося мільярд мільярдів мільярдної частки секунди. Це дасть нам змогу безпосередньо перевірити наші ідеї роздуття та Великого об’єднання, і, ймовірно, навіть проллє світло на можливість існування інших усесвітів, перетворивши на фізику те, що нині належить до метафізики.

Утім, на сьогодні роздуття є лише гарно обґрунтованою пропозицією, яка, схоже, природним чином розв’язує більшість основних загадок космології. Проте тоді як роздуття лишається єдиним неемпіричним теоретичним кандидатом на пояснення основних спостережуваних рис нашого всесвіту, воно спирається на існування нового та суто службового скалярного поля, цілеспрямовано винайденого задля спричинення роздуття й тонко налаштованого так, щоб спричиняти його точно тоді, коли ранній усесвіт тільки-но почне охолоджуватися після Великого вибуху.

До відкриття частинки Хіггса ці роздуми були в найкращому випадку правдоподібними. За відсутності хоч одного відомого прикладу фундаментального скалярного поля припущення, що порушення симетрії в рамках Великого об’єднання може бути наслідком іще одного простого БХ-подібного механізму, було екстраполяцією, вибудуваною на ненадійній основі. Як уже описано вище, відкриття W– та Z-частинок зробило очевидним порушення електрослабкої симетрії. Проте це просте поле Хіггса могло бути казковим замінником якогось значно складнішого та, імовірно, значно цікавішого базисного механізму.

Нині все змінилося. Бозон Хіггса існує, а відповідно, існує й фонове скалярне поле, яке нині пронизує весь простір усесвіту, надаючи масу частинкам та породжуючи характеристики всесвіту, який ми здатні населяти. Якщо теорія Великого об’єднання справді існує й поєднує всі три сили в одну десь близько до початку часів, тоді мало відбутися якесь порушення симетрії, лише після якого три відомі негравітаційні сили почали відрізнятися своїм характером. Бозон Хіггса засвідчує, що порушення симетрії в законах природи може відбутися внаслідок конденсації скалярного поля в просторі. Тож залежно від подробиць роздуття стає значно природнішим та потенційно універсальним варіантом. Як пожартував мій колега Майкл Тернер, мавпуючи тодішнього голову ради керівників Федеральної резервної системи США Алана Грінспена, «періоди роздуття неминучі».

Можливо, це твердження було значно більш провісницьким, аніж можна було тоді собі уявити. 1998 року було відкрито, що в нашому всесвіті якраз відбувається нова версія роздуття, яке підтвердило вельми єретичні прогнози, що їх зробив дехто з нас. Як згадано вище, з цього випливає, що основна енергія всесвіту перебуває в порожньому просторі, що є найправдоподібнішим поясненням прискорення спостережуваного розширення всесвіту. За відкриття цього визначного та великою мірою несподіваного феномену Браян Шмідт, Адам Рісс та Сол Перлматтер отримали Нобелівську премію. Природним чином постають запитання, що може спричиняти це нинішнє прискорене розширення та що є джерелом цього нового виду енергії.

Одразу ж виникають два варіанти. По-перше, це може бути фундаментальна властивість порожнього простору,