Электронный журнал «Вестник Московского госуд арственного областного университета» www.evestnik-mgou.ru / E-mail: e-mag@mgou.ru 142 2012/1/Химия Кусочку пространства необходимо быть исключительно маленьким — порядка 10 –26 см в поперечнике — чтобы инициировать космологическое расширение , которое растянет этот кусочек до величины больше , чем Вселенная , которую мы видим .
Возмож - ны разные виды флуктуаций поля инфлатона .
Поле инфлатона — это особое поле Хиггса , характерное для Вселенной в начальный момент существования до Большого взрыва , когда Вселенная была чудовищно плотной и носителем ее энергии было поле Хиггса в состоянии , далеком от минимума потенциальной энергии . ( Поле Хиггса — это поле , ко - торое заполняет все пространство , даже самое « пустое »!).
Отрицательное давление поля инфлатона генерировало гигантское гравитационное отталкивание , которое разносило каждую область пространства прочь от любой другой .
Это и принято называть инфляци - ей , которая продолжалась ~10 - 35 с .
За это время объем Вселенной мог возрасти до 10 90 раз , что вполне можно назвать инфляционным взрывом .
В большинстве случаев флуктуации не будут пригодны для начала инфляции .
Но имеет значение то , чтобы был один кусочек , который привел бы к разглаживающему пространство инфляционному взрыву , ставшему первым звеном в низкоэнтропийной цепочке , ведущей к нашему космосу [3].
Инфляционная космология задает направление стреле времени , исходя из предпо - ложения возможности возникновения состояния в прошлом с чрезвычайно низкой гра - витационной энтропией ; будущее является направлением , в котором эта энтропия воз - растает .
Результат инфляции — однородное расширение пространства , заполненного почти однородно распределенной материей .
Это та низкоэнтропийная конфигурация , которая нужна для объяснения стрелы времени , направленной в сторону возрастания энтропии .
В начале инфляции полю инфлатона не нужно иметь много энергии , поскольку огромное расширение , порожденное инфлатоном , гигантски увеличит заключенную в нем энергию .
Крохотный кусочек (10 –26 см ) пространства , заложенный однородным по - лем инфлатона , в ходе инфляционного расширения приобретает такое количество энер - гии , которого хватит на всю нашу Вселенную .
Инфляционное расширение растягивает мелкую неоднородную квантовую рябь и делает ее ясно видимой на небе в виде галактик :
« Согласно инфляционной теории более чем 100 млрд . галактик , сияющих в пространстве как небесные бриллианты , являются не чем иным , как росписью квантовой механики .
По моему мнению , осознание этого является одним из величайших чудес современной научной эпохи » [3].
Расчеты , проделанные сегодня на основании инфляционной схемы , способны объ - яснить картину ничтожных температурных вариаций — вариаций , возникших около 14 млрд . лет назад , — и ключом к этому объяснению является дрожь , возникающая из кван - товой неопределенности .
Этот успех убеждает многих физиков в правильности инфля - ционной теории .
Тот факт , что астрономические наблюдения , которые стали возможными совсем недав - но , позволили космологии перейти из области спекуляций и предположений в область , ос - нованную на наблюдениях , дает основание назвать наше время золотым веком космологии .
Инфляционная теория утверждает , что материя и излучение возникли в конце ин - фляционной фазы , когда поле инфлатона выделило заключающуюся в нем энергию , ска - тившись с возвышения на дно своей чаши потенциальной энергии .
Может ли теория существованием инфлатона в тот момент , когда инфляция подо - шла к концу , объяснить столь громадное количество материи / энергии , содержащееся в современной Вселенной ?
Оказывается , инфляция может легко это сделать .
Дело в том , что поле инфлатона является гравитационным паразитом — оно питается гравитацией , — так что полная энергия поля инфлатона возрастает по мере того как пространстворас - ширяется .
Математика показывает , что плотность энергии поля инфлатона остается по - Электронный журнал «Вестник Московского госуд арственного областного университета» www.evestnik-mgou.ru / E-mail: e-mag@mgou.ru 143 2012/1/Химия стоянной в течение фазы быстрого инфляционного расширения , поскольку заключенная в нем полная энергия растет прямо пропорционально объему пространства .
Размер Вселенной в ходе инфляции возрастает как минимум в 10 30 раз , т . е . объ - ем — в 10 90 раз .
Значит энергия , заключенная в поле инфлатона , возрастает также в 10 90 раз к концу инфляционной фазы примерно через 10 - 35 с после ее начала .
Это значит , что в начале инфляции полю инфлатона не нужно иметь много энергии , поскольку гигантское расширение , порожденное инфлатоном , увеличит , соответственно , заключенную в нем энергию .
Расчет показывает , что крохотный кусочек пространства ~10 - 26 см в поперечни - ке , заполненный однородным полем инфлатона весом ~10 кг , в ходе последующего ин - фляционного расширения приобретает такое количество энергии , которого хватает на всю нашу Вселенную .
Остается объяснить , почему имелся инфлатон и само простран - ство , которое он занимал !
В полной противоположности с теорией Большого взрыва , в которой вся материя / энергия была в ранний момент огромная , инфляционная космология путем разработки залежей гравитации может произвести всю обыкновенную материю и излучение Вселен - ной из крохотного кусочка заполненного инфлатоном пространства .
Особая важность инфляционной космологии связана не только с пониманием про - странства и времени , но и с решением вопроса о стреле времени .
Для этого особенно важна история ранней Вселенной .
Для объяснения стрелы времени единственным убе - дительным основанием может быть то , что ранняя Вселенная была чрезвычайно упоря - доченной , т . е . имела экстремально низкую энтропию , что сделало возможным будущее , в котором энтропия всегда увеличивается .
Остается открытым вопрос : как могла возник - нуть эта высоко упорядоченная низкоэнтропийная субстанция в стартовой точке .
Инфляционная космология дает основание для прорыва в этом вопросе .
Чтобы это уви - деть , надо помнить , что каждая избыточная концентрация вещества продолжает расти дальше благодаря гравитационному притяжению .
То же происходит и с любой неоднородностью про - странства .
Но это относится исключительно к обычной притягивающей гравитации .
В тече - ние короткой инфляционной фазы гравитация была отталкивающей .
Это все меняет .
Инфляционная космология задает направление стреле времени путем создания прошлого с чрезвычайно низкой гравитационной энтропией .
Тогда будущее является направлением , в котором энтропия возрастает !
Результат , который достигнут теорией инфляции — гладкое , однородное расшире - ние пространства , заполненного почти однородно распределенной материей , — это та низкоэнтропийная конфигурация , которая дает объяснение для стрелы времени !
Инфляция представляет собой механизм , который создает большую Вселенную с относительно низкой гравитационной энтропией и , таким образом , создает основу для последующих миллиардов лет гравитационного скручивания материи , которое приводит к тому , результатом и свидетелями чего мы являемся .
Поскольку с трела времени задана инфляционной космологией через создание прошлого с чрезвычайно низкой гравитаци - онной энтропией , возрастание энтропии определяет направление стрелы времени наше - го будущего .
Этап инфляционного расширения — более ранний этап истории Вселенной — объясняет гладкие и однородные условия после взрыва .
Но что такое инфлатон ?
По - чему возникли условия для инфляционного взрыва ?
Это остается большим вопросом .
Идея Больцмана объяснить возникновение Вселенной через особую флуктуацию не могла объяснить , почему эта флуктуация оказалась так далека от хаоса и произвела Вселенную с упорядоченностью гораздо большей , чем это было нужно для возникно - вения жизни .
Инфляционная теория основывается на малой флуктуации , которая представляет вполне ординарный скачок к подходящим условиям в крошечном клочке пространства , Электронный журнал «Вестник Московского госуд арственного областного университета» www.evestnik-mgou.ru / E-mail: e-mag@mgou.ru 144 2012/1/Химия а это дает сразу и неизбежно гигантскую и упорядоченную Вселенную .
И если инфля - ционное расширение началось , то крошечный клочок будет неумолимо растянут до мас - штабов , по меньшей мере , нашей Вселенной , а поэтому нет загадки в том , что Вселенная , которую мы видим , не является крошечным уголком , а так обширна и населена огром - ным числом галактик . « Инфляция упаковывает все богатство объяснительной и предска - зательной силы в единственную флуктуацию к низкой энтропии »
[3].
Инфляция определила для крошечной крупинки гигантское расширение так , что 14 млрд . лет последующего раскручивания , последующей концентрации вещества в галак - тики , звезды , планеты , в целом не представляют загадки .
Существует отличная от нуля вероятность возникновения в бесконечной Вселен - ной необходимых условий для инфляционного расширения в изначальном состоянии вы - сокой энтропии и полного хаоса , причём не обязательно в отдельно взятом кусочке про - странства .
Таких кусочков , разбросанных в разных местах , может быть множество [6].
Наша Вселенная может быть одной из многих , когда случайные флуктуации создавали условия , подходящие для инфляционного взрыва .
Низкоэнтропийная , высокоупорядоченная , однородно гладкая ткань пространства , созданная инфляционным расширением — это то самое раннее состояние высокого по - рядка , которое дает начало Вселенной с ее последующей эволюцией к более высокой энтропии .
В этом и состоит природа стрелы времени !