Границу, отделяющую область действия квантовой гравитации от области, где мы можем применять уже разработанный аппарат современной физики, маркируют так называемые план- ковские величины, представляющие собой комбинацию мировых констант — скорости света, постоянной тяготения и постоянной Планка. О планковских величинах мы рассказывали в разделе, посвященном черным дырам, здесь лишь уточним, что планковская длина составляет примерно ю~33 см, а планковское время — около Ю“43 с.
332
Таким образом, размеры Вселенной в планковское время составляли, скорее всего, величину, сравнимую с планковской ^иной. Можно показать, что за промежуток времени с план- к0вского по сегодняшний размеры Вселенной увеличиваются примерно в ю30 раз — т. е. на данный момент времени размеры Вселенной должны были бы составлять менее миллиметра!
И, наконец, последняя проблема, тесно связанная с проблемой размера Вселенной, — проблема происхождения начальных возмущений, приведших к образованию наблюдаемой структуры Вселенной. Ведь величина начальных квантовых флюктуаций (которые должны были непременно существовать, исходя из законов квантовой физики) тем не менее явно недостаточна, чтобы за время жизни Вселенной вырасти настолько, чтобы привести к образованию гравитационно-связанных объектов типа галактик и их скоплений.
Как видим, вопросов оставалось немало, один другого серьезней и принципиальней. Тем замечательней и удивительней, что все их удалось решить в стиле охоты барона Мюнхгаузена на уток — одним «выстрелом».
Чтобы объяснить сущность решения, вернемся к проблеме физического вакуума, о котором мы немного рассказали во все том же разделе, посвященном черным дырам. Само существование физического вакуума — точнее то, что он является отнюдь не абсолютной пустотой, а наинизшим (но не нулевым!) состоянием квантовых полей, — сомнений не вызывает. Об этом говорит и так называемый лэмбовский (по имени первооткрывателя — американского физика Уиллиса Лэмба) сдвиг уровней энергии атома, обусловленный взаимодействием электронов с вирту- ЭДьными частицами, и экранировка заряда протона на близких Расстояниях, и, наконец, «рождение» самих виртуальных частиц («перевод» их в реальные) при «снабжении» их достаточной
энергией.
Но для целей нашего рассказа важным является уравнение с°стояния вакуума, т. е. взаимосвязь между его давлением и ^отностью энергии. Так вот, давление вакуума является отри
333
цательным — трудно представимая в повседневной жизни картина. Впрочем, кое-какие аналогии можно придумать — например, растянутую со всех сторон стальную болванку.
Однако давление вакуума мало того что отрицательное — так еще и равно по модулю его плотности энергии. А вот такого в земных условиях воспроизвести никак нельзя.
Следствием такого уникального уравнения состояния являются два обстоятельства: во-первых, плотность вакуума при расширении не меняется; а во-вторых, он «вызывает» силы отталкивания, т. е. действует как эффективная антигравитация1.
И совместное действие этих двух замечательных свойств вакуума может обеспечить экспоненциальный рост размеров Вселенной — если бы его плотность энергии была бы достаточно большой. Кстати, малая (судя по всему) плотность энергии того физического вакуума, с которым мы «имеем дело», является одной из до сих пор не решенных загадок.
Но что, если предположить, что в начальные моменты жизни Вселенной плотность энергии вакуума была огромна?
Судя по всему, одним из первых, кто начал рассматривать этот вопрос, был советский ученый Э.Б. Глинер — еще в 1965 году. Далеко не все эту гипотезу приняли, встречалась она и с весьма резкой критикой, в том числе и со стороны выдающихся ученых. Тем не менее были и сторонники, среди которых имелись ученые не менее выдающиеся. На протяжении 70-х годов гипотеза постепенно углублялась и прорабатывалась, до стадии теории ей оставалось совсем немного. В 1978 году Андрей Линде и Геннадий Чибисов, а в 1979-1980 годах Андрей СтаробинскиЙ подошли к этому почти вплотную.
Но решающий шаг сделан в январе 1981 года, когда американский космолог Алан Гус опубликовал статью «Инфляционная Вселенная: возможное решение проблемы горизонта и плоскост-
1 Самые догадливые читатели, думаем, уже заподозрили связь физиче- ского вакуума и лямбда-члена Эйнштейна. Но об этом — немного пого дя. — Примеч. авт.
334
яоСти». И с его же легкой руки новая теория получила название «теория инфляции»1.