Единая теория поля: Философский анализ современных проблем физики элементарных частиц и космологии. Опыт синергетнческого осмысления - Минасян Л.А.
ISBN 5-4S4-G0179-X
Скачать (прямая ссылка):
Надо сказать, что указанные выше космологические проблемы удается решить в рамках так называемых инфлятгаоиных моделей Вселенной. Основная идея инфляционных теорий состоит в том, что расширение Вселенной и весь последующий ход се эволюции рассматривается из состояния, когда вся материя была представлена только физическим вакуумом, квантовая природа которого обеспечила космическое отталкивание, приведшее к расширению Вселенной. Ключевым элементом этих моделей является предположение о существовании в очень ранней Вселенной стадии, на которой ее расширение происходило по экспоненциальному закону, т. е., как и в модели А. Старобинского, используется идея существования де-сиггеровской стадии с тем лишь различием, что в инфляционных теориях расширение происходит не в астрономических масштабах времени, а каждые Ю-34 секунд все облас-
96
Глава 2
ти Вселенной удваиваются, а затем этот процесс удвоения продолжается в геометрической прогрессии. Иными словами, идет процесс вздутия Вселенной, откуда и появилось название «инфляциоїшая стадия» {от латинского слова in?atio — вздутие), т. е. само расширение подобно взрыву. Важным элементом инфляционных теорий является то, что механизм появления инфляционной стадии, особенности протекания ее рассматриваются с учетом космологических фазовых переходов.
Первоначальный вариант сценария раздувающейся Всєлєешой был предложен в 1980 году Аланом Гусом в статье под названием «Раздувающаяся Вселенная: возможное решение проблемы горизонта и плоскостности» [44; 181; 182]. В модели Гуса предполагается наличие релятивистского фазового перехода из симметричного состояния в состояние с нарушенной симметрией, который шел из сильно переохлажденного состояния, вследствие чего энергия частиц оказывалась подавленной энергией вакуума. При этом Вселенная экспоненциально расширялась до момента фазового перехода, который знаменуется образованием пузырьков новой фазы с полями в них, отличных от нуля. Переохлажденное состояние приводит к затягиванию фазового перехода, что очень, важно, ибо благодаря этому размеры пузырьков к моменту, когда они начинают заполнять Вселенную, оказываются очень большими. Это позволяет решить в рамках этой модели проблемы плоскостности и горизонта, о чем и заявлено в названии статьи Гуса. Дело в том, что в областях, охваченных инфляцией, осуществляются одинаковые начальные условия, ибо, если бы и существовали различия и неоднородности, то их следы затерялись бы вследствие огромной скорости расширения в фазе инфляции. Это и объясняет наблюдаемую однородность Вселенной в больших масштабах и решает проблему горизонта, ибо обеспечивает одинаковые условия (стирание различий) расширения для областей, являющихся причинно несвязанными. Благодаря экспоненциальному расширению в фазе инфляции при достаточно большой степени раздувания автоматически обеспечивается та скорость расширения, которая равняется скорости отрыва. Это означает, что в план-ковские времена плотность Вселенной строго совпадала с критической, что есть решение проблемы плоскостности. Модель Гуса использует представление о вакууме, для которого принцип энергодомннантностн нарушен. Отрицательное давление вакуума приводит к эффекту гравитационного отталкивания его, обеспечивающее раздувание, инфляцию Вселенной. Однако при расширении вакуума энергия его не уменьшается, а растет. В целом вакуум представляет собой симметричное, однако энергетически невыгодное, нестабильное состояние, что на языке физики означает стремление его к распаду. Квантовый распад вакуума и знаменует собою в модели Гуса коней фазового перехода и прекращение инфляции. Новая фаза представляет собой уже вакуум «истинный», для которою
На пути построения единой теории поля
97
Ї выполняется условие энергодоминантности, который, однако, является Ї несимметричным. Тем не менее, гравитационное отталкивание заканчи-I вается, и Вселенная переходит во власть гравитационного притяжения. I Благодаря же первоначальному импульсу, приобретенному в период ин-| фляции, Вселенная продолжает расширяться, что фиксируется нами фак-1 том разбегания галактик в настоящую эпоху. Скорость расширения Все-* ленной, естественно, с течением времени уменьшается. Итак, экспоненциальное расширение в модели Гуса заканчивается рождением пузырьков новой фазы. Распад вакуума в конце инфляции должен ігриводить к высвобождению огромной энергии, мгновенно нагревшей Вселенную до JO27K1 после чего сценарий эволюции Вселенной уже достаточно хоро-i шо понимается современными учеными. Именно переход из стадии нн~ 1 фляции на фридмановскую стадию расширения и составляет основную трудность для модели Гуса. Ибо, чтобы энергия, выделяемая при фаэо-г вом переходе, перешла в тепловую энергию Вселенной, необходимо столкновение стенок пузырей при достаточно большой плотности пузырей. А это противоречит малой скорости их образования, необходимой для затягивания фазового перехода, а значит, для значительного раздувания Вселенной, И, как отмечает М. Ю. Хлопов: «Инфляция и переход к : фридмановской горячей стадии расширения оказались в таком сценарии 1 несогласованными» [153. С. 27],
