Следует обратить внимание на то, что лед, образующийся из воды, замерзающей при температуре — 20 °C, будет иметь температуру, превышающую — 20 °C, ибо выделяющаяся скрытая теплота нагреет образующийся лед. Для понимания преимуществ сценария раздувающейся Вселенной очень важно, что скрытая теплота, выделяющаяся при замерзании переохлажденной воды, не может нагреть образующийся лед до температуры фазового перехода (до 0 °C). При бурном течении фазового перехода вода быстро превратится в лед, но температура получившегося льда останется ниже 0 °C. Аналогичное переохлажденное состояние и фазовый переход при температуре меньшей, чем критическая, возникает в начале сценария раздувающейся Вселенной.
Теперь нам ясно, как сценарий раздувающейся Вселенной справляется с проблемой рождения монополей и стенок доменов и с проблемой кривизны пространства. Фазовый переход, следующий из теорий Великого объединения, происходит очень медленно по сравнению с ускоряющимся расширением Вселенной. Поэтому монополи, если они рождаются в условиях фазового перехода из переохлажденного состояния, окажутся вследствие расширения далеко за пределами той области раздувающегося пространства, которая породила нашу видимую Вселенную. При таком раздувании пространственная кривизна этой области пространства быстро уменьшается, как уменьшается кривизна поверхности раздуваемого резинового шарика. Уравнения, описывающие процесс раздувания, показывают, что, когда он закончится, геометрические свойства Вселенной с большой точностью удовлетворят геометрию Евклида. Это одно из важнейших предсказаний сценария, ибо оно допускает проверку опытом. К сожалению, выполнить такой опыт чрезвычайно сложно: задача сводится к значительному увеличению точности определения средней плотности массы во Вселенной. Сценарий предсказывает, что эта величина должна быть очень близка к критическому значению средней плотности, тому значению, при котором решение Фридмана оказывается лежащим на границе между неограниченным расширением и периодической сменой расширения и сжатия Вселенной.
Первоначальный сценарий Гуса содержит удивительный результат, относящийся к свойствам переохлажденного состояния Вселенной. Состояние, из которого началось ускоряющееся расширение Вселенной, никогда не наблюдалось, но свойства материи в этом состоянии однозначно предсказывает квантовая теория поля. Это состояние и называют ложным вакуумом. При переходе к этому состоянию температура, а значит, и тепловая составляющая плотности энергии, какой бы она ни была ранее, быстро убывает. А энергия в соответствии с законом сохранения энергии переходит в энергию ложного вакуума.
Модельная шляпа
Но если Вселенная в начале своей эволюции находилась в состоянии ложного вакуума, то ее дальнейшую судьбу — начальный этап расширения — легко представить при помощи простой модели. Представьте себе круглую мужскую шляпу. Верх ее вдавлен и образует подобие кратера вулкана, окруженного валом. Поля шляпы загнуты вверх. Они словно кольцевой ров вокруг подножия вулкана. Запомните эту шляпу — она нам пригодится.
А сейчас мы познакомимся с ученым по фамилии Хиггс и с хиггсовскими полями.
Хиггсовские поля играют важную роль в эволюции Вселенной. Р. У. Хиггс впервые ввел их в аппарат теоретической физики, чтобы разобраться в существе Великого объединения. Теперь физики твердо усвоили: если хиггсовские поля равны нулю, то при очень высокой температуре три основных взаимодействия (сильное, слабое и электромагнитное), играющие роль в процессах микромира, объединяются между собой. Они становятся неразличимыми и действуют как одна сила, определяющая все процессы микромира. Это и есть знакомое нам Великое объединение. При этом материя, а значит, вещество и энергия находятся в наиболее симметричном состоянии. Если хотя бы одно из хиггсовских полей отличается от нуля, то симметрия нарушается. Причем процесс нарушения симметрии является особым фазовым переходом, подобным переходу воды в лед.
И этот фазовый переход происходит тем быстрее, чем сильнее отличаются от нуля хиггсовские поля. Связь хиггсовских полей со скоростью фазового перехода играет основную роль в сценарии раздувающейся Вселенной. Теперь вспомним нашу шляпу и представим, что это модель Вселенной.