Параллельные миры. Об устройстве мироздания, высших измерениях и будущем космоса

Шмидт вспоминает: «Я все еще качал головой, но мы все проверили… Мне не хотелось говорить об этом людям, потому что нас разорвали бы на части»{66}. Однако, когда в 1998 году обе группы опубликовали свои результаты, целую гору представленных ими данных было не так-то легко сбросить со счета. Величайшая ошибка Эйнштейна, о которой в современной космологии практически и не вспоминали, возвращалась через 90 лет забвения!

Физики были ошеломлены. Эдвард Виттен из Института перспективных исследований в Принстоне заявил, что это было «самое необычайное экспериментальное открытие с того момента, как я начал заниматься физикой»{67}. Когда значение Ω = 0,3 добавили к значению Λ = 0,7, сумма оказалась (с учетом погрешности в ходе эксперимента) равной 1,0, то есть результат совпал с тем, который предсказывала теория инфляции. Будто бы все части головоломки встали на свои места, и космологи увидели недостающий фрагмент в теории инфляции. Он пришел прямиком из вакуума.

Этот результат был самым впечатляющим образом подтвержден спутником WMAP, который показал, что энергия, приписываемая Λ, или темная материя, составляет 73 %[20] всего вещества и энергии во Вселенной, что отводит ей доминирующее место в космической головоломке.

Фазы Вселенной

Возможно, основным вкладом спутника WMAP в науку стало то, что он дал ученым уверенность в правильности Стандартной модели космологии. Хотя и до сих пор существуют огромные белые пятна, перед глазами астрофизиков начинают вырисовываться общие контуры стандартной теории, рождающейся из общего количества полученных данных. Согласно картинке, которую мы сейчас складываем из отдельных элементов, в эволюции Вселенной по мере ее остывания прослеживались отдельные фазы. Переход от одного этапа к другому означает нарушение симметрии и отсечение одного из фундаментальных природных взаимодействий. Ниже представлены те фазы и вехи, которые известны нам на сегодняшний день.

1. До 10–43 с – эпоха Планка

Об эпохе Планка точно почти ничего не известно. При энергии Планка (1019 млрд эВ) гравитационное взаимодействие было столь же сильным, как и остальные многочисленные силы. Как следствие, четыре взаимодействия Вселенной были, видимо, объединены в единую сверхсилу. Возможно, Вселенная существовала в совершенном состоянии небытия, или пустого пространства, с большим количеством измерений. Та загадочная симметрия, которая смешивает все четыре взаимодействия, оставляя уравнения неизменными, – скорее всего, суперсимметрия (см. главу 7). По неизвестным причинам эта загадочная симметрия, объединявшая все четыре взаимодействия, была нарушена, и сформировался крошечный пузырек – эмбрион нашей Вселенной, возникший, возможно, в результате значительной, но случайной флуктуации. Размеры этого пузырька не превышали длины Планка, которая составляет 10–33 см.

2. 10–43 с – эпоха теории великого объединения

Произошло нарушение симметрии, что стало причиной образования стремительно расширяющегося пузырька. По мере того как пузырек рос, четыре фундаментальных взаимодействия стремительно отделились друг от друга. Гравитация первой отделилась от трех остальных взаимодействий, вызвав ударную волну во всей Вселенной. Изначальная симметрия сверхсилы была нарушена и превратилась в симметрию меньшего порядка, которая, возможно, содержала в себе симметрию теории великого объединения SU (5). Оставшиеся сильное, слабое и электромагнитное взаимодействия были все еще объединены симметрией теории великого объединения. На этом этапе Вселенная расширилась в невероятное количество раз (возможно, в 1050), и расширение это было вызвано неизвестными до сих пор причинами; пространство расширялось со скоростью, астрономически большей, чем скорость света. Температура была 1032 градусов[21].

3. 10–34 с – конец инфляции

Температура упала до 1027 градусов, когда сильное взаимодействие отделилось от двух других сил. (Группа симметрии теории великого объединения распалась на SU (3) × SU (2) × U (l).) Инфляционный период завершился, дав Вселенной возможность идти по пути стандартного расширения Фридмана. Вселенная состояла из горячего плазменного «супа» свободных кварков, глюонов и лептонов. Свободные кварки превратились в нынешние протоны и нейтроны. Наша Вселенная была еще довольно маленькой, размером всего лишь с сегодняшнюю Солнечную систему. Вещество и антивещество аннигилировали, но существовал крошечный перевес вещества над антивеществом (1 миллиардная доля), в результате которого и осталась вся окружающая нас материя. (Этот энергетический диапазон, как мы надеемся, будет дублирован в течение нескольких следующих лет ускорителем частиц – Большим адронным коллайдером[22].)

4. 3 минуты – образование ядер