Cовременная теория эволюции Вселенной далеко ушла от уже ставшей привычной модели Большого Взрыва. От простого разбегания галактик, открытого в 80 лет назад, до современных представлений в космологии прошло несколько революционных перемен. Одна из этих революций напрямую связана с именем профессора Андрея Линде.
-- Андрей Дмитриевич, давайте начнем с самого начала. Расширение Вселенной повилось как представление когда?
– Это середина 20 годов. После работ Александра Фридмана, русского математика, который решал уравнения Эйнштейна. У него получились странные решения, которые описывали Вселенную, которая расширялась. Эйнштейну эти решения поначалу сильно не понравились. Наверное, это было потому, что исходно вся западная цивилизация основывалась на том, что Вселенная конечна и статична. Бог бесконечен, а Вселенная меньше чем Бог, поэтому обязательно она должна быть конечна. То, что она не двигалась – это казалось естественным. Фактически, что такое Вселенная? Координатная сетка, движутся только тела, сама сетка не растягивается. Значит потом, когда возникла общая теория относительности Эйнштейна, то выяснилось, что сама сетка меняется. Но это было очень странно, и необычно, и неприятно. Потому что все начиналось с точки сингулярности, до которой ничего не было. Эйнштейн специально стал модифицировать свои уравнения для того, чтобы от этого движения избавиться. И кончилось тем, что научились мерить расстояние очень приближенно до галактик, а потом Хаббл (Edwin Powell Hubble) нарисовал график, на котором он выяснил скорость, с которой удаляется галактики как функции расстояния. При этом он ошибся в десять раз примерно. Но сказал, что все посчитал с точностью 10%. Поэтому люди надолго оставались скептичными к тому, что говорят им космологи. Потихоньку скепсис стал уходить, потому что космология предсказывала вещи все более и более правильно. И да, сейчас имеется такая вещь точная космология. Это означает, что мы далеко продвинулись со времен Хаббла.
– Тот же самый микроволновый фон померили с какой-то безумной точностью.
Спутник NASA – COBE, измеривший микроволновое излучение –Микроволновый фон, я должен объяснить, что это такое. Вселенная изначально предполагалась горячей. Когда она расширялась, длины волн фотонов становились больше, их энергия становилась меньше. И в конце концов, мы сейчас видим излучение, которое с неба приходит на землю со всех сторон примерно с одинаковой энергией или то же самое с одинаковой температурой очень маленькой - 2,7 от абсолютного нуля. Это в лаборатории сделать трудно.
– Температура жидкого гелия , даже ниже.
– Да, такого типа. Потом научились, глядя на небо, мерить эту температуру с точностью до одной тысячной кельвина. И тогда увидели, что правая половина неба немножко покраснее, а левая немножко посинее. Земля движется по отношению к микроволновому излучению и в том направлении, в котором она движется, фотоны немножко сильнее стукают по нам. И если поглядеть, откуда она движется, те фотоны нас догоняют и теряют свою энергию, поэтому они выглядят немножко менее энергичными. Потом ученые решили, давайте вычтем этот эффект, поскольку мы его уже понимаем, будем смотреть на то, что осталось. Небо получилось опять однородным, всюду одинаковая температура. А потом они увеличили точность измерения до 10 в минус четвертой, а потом до десять в минус пятой. И с такой невероятной точностью они вдруг увидели, что небо стало пятнистым, чуть-чуть покраснее, в одном месте чуть-чуть посинее в другом месте. Этим странным неоднородностям или, как говорят, анизотропии микроволнового излучения сейчас имеется одно наиболее популярное объяснение - это то, что Вселенная в начале своего существования находилась на стадии инфляции, быстро расширялась и за это время из квантовых флуктуаций образовывались большие неоднородности, и эти большие неоднородности отпечатались на небе. Мы сейчас глядим на небо, как на фотографическую пластинку и видим отпечатки процессов, которые происходили во время 10 в минус 30 секунды после Большого взрыва нашей Вселенной. И тогда стали вдруг вспоминать, что у теории Большого взрыва есть куча своих проблем, но эти проблемы выглядели так метафизично, что казалось, что о них думать не надо.
– С чего это вдруг все взорвалось.
– Да, например, что было, когда ничего не было. Ясно, что вопрос бессмысленный. Как это ничего не было? А вот так, до сингулярности ничего не было. Болезненный вопрос, не хотелось в метафизику влезать, а думать не переставалось. Почему Вселенная такая большая? Потому что она Вселенная, а Вселенная должна быть большая. Метафизический вопрос, можно было бы не думать. Почему разные части Вселенной похожи друг на друга? Потому что должны быть похожи - это называется космологический принцип. Нам дали такую Вселенную, чего обсуждать. Тебя кормят пшенной кашей, ешь пшенную кашу. Тебе дали большую Вселенную - радуйся. Мы так же знаем, что параллельные линии не пересекаются. А мы знаем, что в общей теории относительности они могут пересекаться, что геометрия нашей Вселенной может быть похожа на геометрию поверхности сферы и тогда линии, которые параллельные на экваторе, они пересекаются на Северном и Южном полюсе. Так почему же мы не видим их пересекающимися? А тебе дана такая Вселенная, в ней и живем. Такого типа вопросы были и такого типа ответы были, и мы все жили спокойно. Потом вдруг захотелось: а может на эти проблемы найдем ответ? И это было начало инфляционной космологии.
– Откуда название «инфляционная космология»?
– Этот термин придумал Алеша Старобинский. Но он предложил с другой целью, не с тем чтобы, эти проблемы решать. И она была сложная, но тем не менее, она работала. Алан Гус предложил модель попроще, которая, правда, не работала, но он объяснил, чем она была бы хороша. Слово «инфляция» – это раздувание. Очень быстрое раздувание Вселенной, гораздо более быстрое, чем разбегание галактик, которое было известно в теории горячей Вселенной.
– То есть инфляция и разбегание галактик – это явления разной природы?
– Нет, природа одинаковая. Но во время обычного расширения Вселенная замедлялась. Она должна сначала очень быстро расширяться, а потом замедлялась. В инфляционной космологии получалось все наоборот - Вселенная ускорялась.
– Значит каждую долю секунды во сколько-то раз.
– Да, экспонента - это очень быстро растущая функция. Никто не знал, как такую функцию получить в реальном мире. В инфляционной космологии удалось достаточно просто. Первая модель инфляции, которую предложил Гус, объясняла, как быстро Вселенная раздувается и тем самым она объясняла, почему параллельные линии не пересекаются. Представьте, что вы живете на глобусе и у вас есть параллельные линии, которые пересекаются на Северном и Южном полюсе. И вдруг этот глобус моментально стал таким огромным, что вы не видите ни Северного, ни Южного полюса, а рядом с экватором параллельные линии параллельны, вы не видите места, где они пересекаются, у вас нет проблемы.
– Если на этом глобусе кто-то сидит, его тоже «разнесет» во столько же раз?
– Никто еще не сидел, люди родились потом, после конца инфляции. Идея состояла в том, что после конца инфляции энергия, которая была ответственна за быстрое расширение Вселенной, перейдет в энергию обычных элементарных частиц. И то, что думал Алан Гус, что это произойдет за счет того, что Вселенная вскипит, возникнут пузырьки как действительно в кипящем чайнике, стенки пузырьков ударят друг по другу, выделят свою энергию и за счет выделения энергии родятся нормальные частицы, Вселенная станет горячей, после этого возникнут люди, после этого люди поглядят и увидят: «О какая большая Вселенная!»
Но оказалось, когда эти стенки пузырьков друг на друга налетают, Вселенная становится очень неоднородной. Гус быстро понял, что это не работает, немедленно в этой же статье он написал, что, к сожалению, теория моя не работает, хорошо, чтобы кто-то объяснил, как сделать, чтобы она работала. Потому что очень хочется. А потом год спустя они со Стивеном Вайнбергом написали статью размером в сто страниц, в которой точно доказали, что теорию исправить нельзя. Поэтому дело кончено. Но, по счастью, почта между Америкой и Россией работала очень медленно и к моменту, когда они написали свою стостраничную статью, я эту теорию уже исправил. Вместо того, чтобы у вас были пузырьки как в воде и все кончалось столкновением пузырьков, Вселенная внутри каждого пузырька расширялась тоже. И поэтому все, что вас интересует, внутри одного пузырька. И увидев это, я понял, что если мы все внутри одного пузырька живем, то тогда можно решить все проблемы, которые были у Гуса. Это было летом 1981 года. Я не хотел будить своих детей, я пошел в ванну, сел там на пол, втащил туда телефон и позвонил Валерию Рубакову (сейчас он академик Рубаков). Не знаю, помнит ли он этот разговор. Я думал, что они знают, что так можно сделать. И я позвонил, выяснил, что он не знает. Тогда я выскочил из ванной, пошел будить мою жену и сказал, что я знаю, как Вселенная родилась.
– Получается, что все мы по этому представлению, до которого вы тогда додумались, мы сидим в одном пузырьке?
– Нет, дальше было больше. Через год стало понятно, что этот новый инфляционный сценарий в своей первоначальной форме не очень работает. Я помучился, помучился и придумал то, что называется сейчас хаотическая инфляция (Chaotic inflation, "Chaotic inflation". Phys. Lett. B129: 171–81. 1983 г.) инфляция гораздо проще, в ней не нужно никаких пузырьков, ни переохлаждения, ни горячей Вселенной с самого начала. Если бы не начальная теория Гуса и если бы не моя новая инфляция, то было бы просто понять и поверить. Но из-за того, что мы сначала верили, что Вселенная была горячая, потом надо было делать так, чтобы мы все были в одном пузырьке, вот эти другие альтернативные идеи, то, что называлось хаотическая инфляция, их было трудно психологически принять. Новая инфляция была лучше, чем старая, но была немножечко некрасивая. Потом когда я придумал хаотическую, то мне стало очевидно, что это не просто теория, которую придумали, чтобы какие-то дыры залатать, а что это естественный режим, который должен осуществляться в большом количестве разных теорий.
Я помню, как летел с этой теорией на конференцию в Америку в 1983 году, и вдруг самолет, который из Канады летел в Нью-Йорк, повернул назад в Канаду. И вдруг я понял, что Бог не хочет, чтобы я людям рассказал про хаотическую инфляцию. Самолет ушел из Нью-Йорка, потому что там были грозовые дожди, и он не мог там сесть. Он развернулся, долетел до Канады, потом вдруг он развернулся и полетел обратно в Нью-Йорк. И нас стали поить вином за то, что мы потратили много времени впустую. И когда меня стали поить вином, я понял: нет, оказывается все в порядке, теория, наверное, правильная. На конференции был и Алан Гус, и много замечательных людей. И это очень странным образом может быть привело к тому, что эта теория оказалась менее популярной, чем предыдущие, надолго. Потому что эту теорию никто не мог переоткрыть, я всем ее рассказал. И дальше я должен был ее пробивать - это мое дело. А потом в 1986 году я придумал, как в этой теории происходит процесс самовосстановления Вселенной, когда Вселенная вдруг вместо того, чтобы быть круглой, становится фракталом и становится бесконечно живущей и так далее.
Праздник продолжался. И когда сыплются такие подарки за бесплатно, за ни за что, вдруг, ты веришь, что это может быть и ты получаешь в простейшей теории, с простейшим потенциалом, ты думаешь: но это не может быть просто так, это должно быть правдой, наверное.
Может быть, поэтому я не обращал никакого внимания на все эти эксперименты с микроволновым излучением, я никогда не верил, что это теория будет экспериментально подтверждена и никогда на это сил душевных много не тратил, потому что я знал, что она правильная. Потому что она объясняла много вещей, которые другие не объясняли. Потом, когда появились эти эксперименты, которые ее подтверждали - это был большой, большой подарок.
