Летом 1982 года на Наффилдовском симпозиуме по очень ранней Вселенной, проходившем в Кембридже (Англия), все только и говорили о возможностях и перспективах инфляции. После решения проблемы изящного выхода новая инфляция казалась крайне многообещающим направлением развития космологии наряду с другими подобными моделями, не требующими туннелирования и, следовательно, не сталкивающимися с медленными и неоднородными переходами к фридмановскому поведению. Вселенная могла начаться с абсолютного хаоса, перейти к экспоненциальному расширению и выйти из него гладкой, как шелк.
Среди множества чрезвычайно талантливых людей звездой программы, если не сказать больше, стал Стивен Хокинг. Он уже был всемирно известной фигурой в науке благодаря своим выдающимся достижениям в астрофизике и общей теории относительности, а вскоре ему предстояло прославиться как популяризатору науки. Его авторитет много значил для участников. Что касается инфляции, несомненно, его поддержка была важна для ее быстрого превращения в доминирующую версию первоначальной теории Большого взрыва.
Помимо решения проблем горизонта и плоскостности, одним из выдающихся результатов при разогревании в конце инфляционной эпохи в самой ранней Вселенной стало массовое образование элементарных частиц. Больше нельзя было критиковать Большой взрыв (как это делал британский астрофизик Фред Хойл и другие) за то, что материя и энергия вырвались в космос из абсолютного небытия в начальный момент времени, вопиющим образом нарушив тем самым закон сохранения массы и энергии[109]. Напротив, энергия, накопленная раздувающимся пузырем при его внезапном расширении, после завершения этого эпизода пошла на создание во Вселенной всех известных и необходимых нам частиц.
Более того, будет создано достаточно частиц, чтобы разрешить одну из проблем, поднятых дираковской гипотезой больших чисел: почему в наблюдаемой Вселенной имеется порядка 1080 частиц (позднее пересмотренное до 1090)? Вопреки убеждению Дирака о связи этого числа с силой гравитации и другими параметрами, оно напрямую вытекает из продолжительности и масштабов инфляционной эпохи. В течение этой первичной фазы экспоненциального расширения было накоплено достаточно энергии, чтобы по окончании породить колоссальный поток частиц. Если бы этот аспект гипотезы больших чисел удалось объяснить, при ее обсуждении больше не нужно было бы ссылаться на антропный принцип и концепцию мультивселенной. Многие исследователи надеялись обойтись единственной Вселенной с одним первичным всплеском инфляции, длящимся как раз столько времени, чтобы обеспечить почти однородную температуру реликтового фона, плоскую геометрию наблюдаемой Вселенной, разлетание неподдающихся обнаружению монополей и появление огромного количества элементарных частиц с невероятной суммарной массой и энергией. Задача, безусловно, непростая, но, похоже, инфляция замечательно с ней справлялась.
У инфляции был и еще один козырь в рукаве. Если бы материя и энергия в ранней Вселенной были распределены совершенно однородно, в ней не было бы зародышей повышенной плотности, необходимых для последующего запуска гравитационного стягивания газовых облаков в звезды и планетные системы. Иными словами, абсолютное единообразие в исходном состоянии не смогло бы породить тот разнообразный космос, который мы видим сегодня, со всеми его потрясающими структурами, открытыми космическими телескопами «Джеймс Уэбб» и «Хаббл». К счастью, как показали участники Наффилдовского симпозиума, в том числе и Гут, экспоненциальное расширение увеличивает любые случайные квантовые флуктуации, возникающие в инфляционную эпоху. Неопределенность, связанная с квантово-механическими свойствами некоторых физических величин, например энергии, приводит к крошечным случайным вариациям плотности энергии в первичной Вселенной. Затем инфляция раздувает эти мельчайшие случайные флуктуации в заметные вариации плотности энергии, а с рождением частиц – плотности вещества. Его сгустки с более высокой плотностью постепенно формируют зародыши еще более крупных сгущений, которые с течением веков превращаются в достаточно массивные комки, собирающиеся под действием гравитации в первые звезды и в конечном счете в галактики.
После окончания инфляции, когда наблюдаемая Вселенная переходит к гораздо более медленному росту, материя и энергия высвобождаются с отпечатком квантовых флуктуаций. Как показал Гут в работе «Флуктуации во Вселенной с новой инфляцией», написанной совместно с южнокорейским физиком Со-Юн Пи, эти вариации будут иметь отчетливо выраженный масштабно-инвариантный характер[110]. Другими словами, корреляции между сгущениями будут примерно одинаковыми во всех масштабах. Поскольку такие флуктуации плотности приводят к вариациям температуры в реликтовом фоне, инфляция предсказывает, что на радионебе должна быть видна характерная сигнатура. В последующие десятилетия такие крошечные флуктуации, не зависящие от масштаба, были обнаружены спутниками COBE, WMAP и Planck. Многие физики увидели в этом открытии неопровержимое доказательство инфляции.
Однако Наффилдовский симпозиум умерил эти большие надежды из-за необходимости точной настройки инфляции. Новая инфляция с ее плоской кривой потенциальной энергии с обвалом в конце казалась искусственно подогнанной для получения правильных результатов без ясного физического обоснования. Для поля Хиггса, наиболее широко обсуждаемого скалярного поля, теоретические расчеты не показывали именно такого профиля. Более общее инфлатонное поле можно было бы привести в соответствие с нужными характеристиками, но для этого требовались весьма специфические предположения.
Одним из ответов могло бы стать обращение к антропному принципу в мультивселенной со всеми возможными кривыми потенциальной энергии скалярного поля. Только в такой области, где динамика скалярного поля описывалась бы кривой правильной формы, начавшаяся инфляция привела бы к появлению Вселенной, которая в конечном итоге поддерживала бы существование хотя бы одной планеты с разумной жизнью, и мы смогли бы сказать: «А вот и мы!» Хокинг, Линде, Барроу (который позже в соавторстве с Фрэнком Типлером написал известную книгу об антропном принципе) и некоторые другие участники соглашались с таким подходом. Линде попытался развить эту идею дальше.
Линде вспоминал:
Во время конференции в Кембридже я написал статью, в которой сформулировал две идеи: первая состояла в том, что можно решить проблему сингулярности, а вторая – в том, что у нас появляется, так сказать, антропный ландшафт. Во время обратного перелета Старобинский и [Игорь] Новиков, который тоже там был, сказали мне, что идея об отсутствии сингулярности неверна. Поэтому я отозвал статью из Physics Letters. Это было болезненное и, вероятно, глупое решение, потому что это была первая работа, описывающая то, что позже назвали инфляционной мультивселенной.
Однако мы подготовили труды этой конференции, и, как мне кажется, то, что опубликовано в трудах этой Кембриджской конференции, будет известно всем. Так что кому какое дело до Physics Letters? Труды той знаменитой конференции – лучшее, что я сделал в жизни. Я привел там развернутое описание инфляционной теории и закончил дискуссию тем, что она не решает проблему сингулярности, но позволяет научно обосновать антропный принцип, поскольку предоставляет выбор, в какой Вселенной жить[111].
В отличие от тех, кто не против антропных рассуждений, другие участники Наффилдовского симпозиума, в частности Стейнхардт, считали инфляцию способом избежать разговоров о мультивселенной и исключить людей из уравнения. Однако в конце своего доклада он поднял, как ему казалось, незначительный вопрос, который тем не менее оказался очень важным. Квантовые флуктуации могут вновь разжечь инфляцию, вызвав ее продолжение в других областях.
Стейнхардт вспоминал:
Эта идея, когда я писал о ней в материалах конференции, была своего рода зачатком идеи вечной инфляции, которая приводит к мультивселенной, что стало первой большой трещиной в инфляционной парадигме. Но в то время никто не признал ее таковой. Даже я сам. Я думал, что заметил особенность теории, а не указал на ее фатальный недостаток, который со временем станет известен всему сообществу и сохранится по сей день[112].
Линде тоже был заинтригован этой идеей, но он не видел в ней ничего плохого. Она лишь означала, что запустить инфляцию проще, чем казалось. Следовательно, обеспечить гладкость и плоскостность наблюдаемой Вселенной будет только легче. Тот факт, что срабатывание этого механизма приведет к бесчисленным вариантам расширения и, вероятно, созданию мультивселенной, он не считал препятствием.