Безупречная простота вселенной, тот факт, что ни одна область неба не содержит больше материи, чем любая другая, и что пространство настолько плоское, насколько могут видеть телескопы, — все это удивительно и необъяснимо. Чтобы космос был настолько однородным, каким он является, эксперты считают, что когда космос был сантиметр в поперечнике, он должен был иметь одинаковую плотность всюду в пределах одной части на 100 000. Но по мере роста из небольших размеров, материя и энергия должны были немедленно комковаться и искажать пространство-время. Почему же наши телескопы не видят вселенную, разрушенную гравитацией?
«Инфляция вышла из идеи того, что гладкость и плоскость вселенной — это безумие», говорит космолог Нил Турок, директор Института теоретический физики Периметра в Ватерлоо, Онтарио, и соавтор работы 2001 года на тему космического сжатия, написанной Штейнхардтом, Джастином Хоури и Бертом Оврутом. По сценарию инфляции, регион размером с сантиметр вышел в процессе инфляционного расширения еще меньшего региона — небольшого пятнышка размером не больше одной триллионной от триллионной доли сантиметра. Растягиваясь в плоском и гладком инфлатонном поле, это пятнышко не должно было проходить через сильные флуктуации пространства и времени и растянулось в большую и гладкую вселенную вроде нашей. Раман Сундрум, физик-теоретик из Университета Мэриленда, сказал, что в инфляции ему нравится «встроенная отказоустойчивость». Если в процессе фазы взрывного роста и было накопление энергии, которое искажало пространство-время в определенном месте, эта концентрация должна была быстро расшириться.
Однако откуда конкретно пришло это невероятно маленькое пятнышко и почему оно было таким гладким и плоским, никто не знает. Теоретики нашли много возможных вариантов включить инфлатонное поле в теорию струн, на основе которой может быть создана квантовая теория гравитации. Но пока нет фактов ни за, ни против этих идей.
Космическая инфляция также имеет спорное следствие. Теория, представленная в 1980-х годах Аланом Гутом, Андреем Линде, Алексеем Старобинским и Штейнхардтом, почти автоматически приводит к гипотезе о том, что наша Вселенная — это случайный пузырь в бесконечном море мультивселенных. Как только инфляция начинается, расчеты показывают, что она будет продолжаться вечно и останавливаться только местами, в «кармашках», в которых затем будут расцветать вселенные по типу нашей. Возможность вечно расширяющейся в процессе инфляции мультивселенной подсказывает, что конкретно наш пузырь может навсегда остаться непонятным, поскольку все возможное происходило в мультивселенной бесконечное множество раз. Разумеется, такой вывод вызывает рвотный позыв у экспертов. Сложно представить, что наша вселенная может быть лишь одна из множества. Штейнхардт и сам назвал эту идею «чушью».
Это отношение частично мотивировало его и других исследователей заняться отскоками. «В модели отскока нет периода инфляции», говорит Турок. Вместо этого они добавили период сжатия перед Большим Взрывом, объясняющий нашу однородную вселенную. «Как газ в вашей комнате полностью однородный, потому что молекулы воздуха столкнулись и перемешались, так и Вселенная была большой и медленно сжалась, что дало ей время разгладиться».
Хотя первые модели сжимающейся Вселенной были запутанными и неточными, многие ученые убедились в основной идее: что медленное сжатие может объяснить многие особенности нашей расширяющейся Вселенной. «И тогда узким бутылочным горлышком стал отскок. Люди сошлись во мнении, что перейти в фазу сжатия весьма интересно, но не в том случае, если вы не можете перейти в фазу расширения».
Отскок — это непросто. В 1960-х годах британские физики Роджер Пенроуз и Стивен Хокинг доказали набор так называемых «теорем о сингулярности», показывающих, что в очень общих условиях сжатие материи и энергии неизбежно обернется неизмеримо плотной точкой — сингулярностью. Эти теоремы с трудом могут вместить представление, как сжимающаяся вселенная, в которой материя, пространство-время и энергия сворачиваются внутрь, избегает коллапса до сингулярности — в которой классическая теория гравитации и пространства-времени Альберта Эйнштейна перестает функционировать и в которой начинают работать правила квантовой гравитации. Почему сжимающаяся вселенная сможет избежать судьбы массивной звезды, которая умирает, сжимаясь в точку, и становится черной дырой?
