Даже для тех из космологов, кто склонен считать эти цифры случайными, представляется абсолютно невозможным, чтобы Большой взрыв был настолько плоским. Как и в случае космологической постоянной и соотношения фотонов к барионам, здесь мы имеем дело скорее с вопросом почему. Как и прежде, космологи изо всех сил стремятся превратить почему в как. Для них важно избежать тонкой настройки и найти механизм, заставивший Вселенную стать плоской, а вопрос, как это произошло, уже не так важен.
Но что значит «возможно» и «невозможно», когда в нашем распоряжении всего лишь одна Вселенная? Здесь мы в полной мере сталкиваемся с проблемой уникальности космоса. Но об этом мы поговорим в следующей главе.
* * *
Вторая проблема, на которую указывал Дикке и которую, как утверждалось, решает инфляция, известна как проблема горизонта. Результаты наблюдений свидетельствуют о том, что температура CMBR удивительным образом однородна во всех направлениях. Даже «божественные отпечатки» из предыдущих глав влияют на однородность в степени столь незначительной, как если бы мы сравнивали толщину мрамора, которым облицован Бурдж-Халифа, сверхвысотный небоскреб Дубая, с его высотой. Как же возникла эта удивительная однородность? Еще одно совпадение?
Может, и совпадение. Попробуем сделать ситуацию еще более наглядной и вспомним, что в обозримой Вселенной существует просто гигантское количество фотонов – 1087. Поскольку они находятся внутри обозримой Вселенной, они также находятся в границах расстояния, проходимого светом с момента Большого взрыва. Это расстояние принято называть космологическим горизонтом. Никакой сигнал не может совершать движение быстрее света, из-за чего космологический горизонт становится главным барьером для взаимодействия объектов: два объекта не могут влиять друг на друга, если находятся по разные стороны горизонта. Как показано на рис. 17, горизонт A пролегает там, куда свет успел дойти за время, прошедшее с момента Большого взрыва, то есть прошел расстояние c × t, равное скорости света, помноженной на возраст Вселенной. Таким образом, тела А и В, находящиеся на расстоянии меньшем, чем расстояние до горизонта, могут влиять друг на друга. С другой стороны, A и C не могут взаимодействовать, пока разделяющее их расстояние не сократится до границ горизонта. Можно сказать, что A и B находятся в причинной связи, в то время как A и C – нет.
Рис. 17
По определению, все, что есть в обозримой Вселенной, существует в пределах космологического горизонта. Также по определению, космологический горизонт разрастается со скоростью света и, соответственно, сужается с той же скоростью. С другой стороны, скорость расширения Вселенной, то есть скорость, с которой галактики отдаляются друг от друга, уступает скорости света. Таким образом, двигаясь обратно в прошлое, Вселенная сужается медленнее, чем горизонт. Следовательно, по мере того как мы возвращаемся к Большому взрыву, Вселенная в пределах горизонта занимает все меньшую часть того, что мы называем обозримой Вселенной. В момент формирования CMBR космологический горизонт ограничивал лишь стотысячную часть сегодняшней видимой Вселенной, то есть 1082 фотонов.
Это значит, что два облака фотонов во время формирования реликтового излучения были разделены внушительным расстоянием и не могли вступать во взаимодействие. Как и точки A и C на рис. 17, эти участки не находились в причинной связи. Но почему в таком случае температура обоих участков находилась на одном уровне? Это и есть проблема горизонта.
* * *
Следующая проблема, которую должна была решить теория инфляции, известна как проблема реликтовых магнитных монопо́лей. В соответствии с теорией Великого объединения, или ТВО (Grand unified theories, GUT), примерно на 10-37 доле секунды после Большого взрыва сильное, слабое и электромагнитное взаимодействия слились в единое поле при разогреве до температуры 1029 градусов. Когда Вселенная расширилась, а объединенное поле распалось на самостоятельные поля, как раз и могли появиться реликтовые магнитные монопо́ли. Магнитный монопо́ль должен был бы представлять собой северный или южный полюс магнита и выступать магнитным аналогом позитивного или негативного электрического заряда. Но в отличие от изолированных позитивных или негативных зарядов вроде протонов и электронов, которые можно встретить повсюду, изолированных северных или южных магнитных полюсов еще никто не видел: каждый магнит имеет и северный, и южный полюс, а если разрезать его надвое, мы просто получим два магнита с северным и южным полюсом в каждом.
Так или иначе, ряд теорий ТВО предполагает, что магнитные монопо́ли в огромных количествах возникли еще в ранней Вселенной и были так тяжелы (на 16 порядков тяжелее протона), что целиком определяли собой плотность Вселенной. Это явление получило название проблемы реликтовых магнитных монопо́лей.
* * *
Решение, предложенное для всех трех проблем в рамках инфляционной модели, было элегантно и достаточно однозначно, чтобы его мог понять среднестатистический физик. Решение предполагало, что, когда эпоха ТВО подошла к концу, что случилось приблизительно между 10-36 и 10-32 секундами после Большого взрыва, Вселенная внезапно начала расширяться по экспоненте и увеличилась в 27–28 раз за очень короткий промежуток времени.
Если бы вы вдруг превратились в муравья, пробирающегося по кусочку попкорна, внезапно увеличившегося в 27 раз, то его поверхность показалась бы вам практически плоской. Именно так инфляция решает проблему плоскостности.
Проблема магнитного монопо́ля устраняется тем же самым решением. Бесчисленное количество монопо́лей во Вселенной было рассредоточено по ней за счет расширения, так что их плотность стала равняться приблизительно одному монопо́лю на обозримую часть Вселенной. Мы его пока не нашли.
Проблема горизонта оказалась сложнее: пришлось отвечать на вопрос, как получилось, что разделенные значительным расстоянием участки неба смогли взаимодействовать и сглаживать друг друга, чтобы образовать однородное микроволновое излучение. Поскольку в стандартной модели Вселенной часть горизонта, обращенная в прошлое, сужается быстрее самой Вселенной, выходит, что на 10-36 доле секунды после Большого взрыва горизонт был меньше, чем Вселенная, приблизительно на 27 порядков величины.
Это значит, что практически никакие частицы во Вселенной не могли взаимодействовать между собой. С другой стороны, частицы в границах этого крохотного горизонта по определению могли взаимодействовать, и если бы этот маленький клочок раздулся на 27 порядков величины, сейчас он был бы размером с видимую Вселенную.
Инфляционная модель утверждает, что современная Вселенная выросла из маленького пятнышка размером с зернышко попкорна, в котором фотоны уже успели начать взаимодействовать и сгладили все неровности,