Темная материя и число ω: Настройка первоначального расширения  

Число Ω возможно не точно равняется единице, но его значение на данный момент образовывает как минимум 0,3 (на данный момент мы знаем, что оно еще ближе к 1. – Прим. авт). На первый взгляд это не показывает на «правильную настройку» Вселенной. Но, предположительно, в ранние эры существования Вселенной число Ω в действительности было близко к 1. Данный разброс значений происходит по причине того, что, не обращая внимания на то, что энергия расширения и гравитационная энергия пребывают в равновесии, расхождение между этими двумя энергиями растет: если бы в первоначальной Вселенной число Ω было чуть меньше единицы, то в итоге кинетическая энергия стала бы главной (и тогда число Ω действительно очень сильно уменьшится). Иначе, в случае, если число Ω существенно превышало единицу, то тяготение скоро возьмет верх и развернёт расширение в обратную сторону.

Пределы «траекторий» для нашей Вселенной, согласующиеся с данными о чёрной материи, каковые информируют нам о нынешнем значении числа Ω, продемонстрированы на рисунке 6.1. Кроме этого на рисунке изображены вероятные вселенные, в которых жизнь – в том виде, в котором мы ее знаем, – не имела возможности развиться. Рисунок демонстрирует основную тайную: по какой причине наша Вселенная по окончании 10 млрд лет все еще расширяется, притом что значение Ω не через чур отличается от единицы?

Рис. 6.1. Эта диаграмма показывает разные вероятные дороги развития вселенных. Не обращая внимания на неуверенность в правильном значении числа Ω в настоящее время, чтобы наша Вселенная попала в допустимый предел, первоначально условия должны были быть “настроены” с необычной точностью. Без данной “настройки” расширение или было бы таким стремительным, что галактики опоздали бы сформироваться, или таким медленным, что Вселенная схлопнулась бы перед тем, как наступило время для какой-либо более увлекательной эволюции.

Как мы видели в прошлой главе, мы уже можем сделать качественные выводы о том времени, в то время, когда возраст Вселенной составлял одну секунду, а температура – 10 млрд градусов. Сейчас представьте, что вы «запускаете» вселенную. Траектория, по которой будет направляться ее развитие, зависит от того импульса, который вы ей дадите. Если она «полетит» через чур быстро, то энергия расширения скоро станет так преобладать (иначе говоря число Ω будет таким мелким), что звезды и галактики так ни при каких обстоятельствах и не смогут притянуться друг к другу и разлетятся в стороны. Вселенная будет расширяться всегда, но в ней не будет никакого шанса на жизнь. Иначе, расширение не должно быть через чур медленным: в таком случае вселенная быстро сожмется в «Громадном хлопке» (Большом взрыве) .

Каждая сложная структура обязана поддерживаться неоднородностью в плотности и температуре (к примеру, наша биосфера получает энергию, поглощая излучение Солнца и выделяя его в холодное межзвездное пространство). В случае, если мы не антропоцентричны в своем восприятии жизни, мы можем прийти к заключению, что вселенная обязана расшириться из состояния «огненного шара» и остыть по крайней мере ниже 3000 градусов, дабы началась какая-то жизнь. В случае, если первоначальное расширение будет через чур медленным, шанса для жизни не появится.

Удивительно, что наша Вселенная начала свое развитие с таковой правильной «настройкой» импульса, полностью компенсирующей замедляющее воздействие тяготения. Это похоже на то, как словно бы сидишь на дне колодца и бросаешь камень так, дабы он достиг верхней точки траектории точно на уровне среза колодца. Требуется просто потрясающая точность: в первую секунду по окончании Солидного взрыва число Ω не имело возможности различаться от единицы больше, чем на одну часть из миллиона миллиардов (1 из 1015), дабы Вселенная сейчас, через 10 млрд лет, все еще расширялась со значением числа Ω, которое, без сомнений, не через чур отличается от единицы.

Мы уже подчернули, что любой мало-мальски сложный космос должен взаимодействовать с «солидным числом» N, отражающим слабость тяготения, и иметь определенное значение числа ε, разрешающее протекать ядерным и химическим процессам. Но не смотря на то, что эти условия и являются нужными, их слишком мало. Лишь вселенная с «отлично отлаженной» скоростью расширения может разрешить этим процессам развиваться. Исходя из этого число Ω необходимо добавить в перечень критически серьёзных чисел. В зарождающейся вселенной оно должно быть поразительно родным к единице. В случае, если расширение будет через чур стремительным, тяготение ни при каких обстоятельствах не стянет сгустки материи совместно, дабы получились звезды и галактики. В случае, если первоначальный импульс будет недостаточным, то «Громадный хлопок» оборвет эволюцию, чуть она лишь начнется.

На эту «настройку» эксперты по космологии реагируют по-различному. Самая популярная реакция на первый взгляд думается неправильной. Утверждается, что, потому, что первоначальная Вселенная началась со значения числа Ω, близкого к 1, должны быть какие-то глубинные обстоятельства того, по какой причине оно есть точно единицей. Иначе говоря потому, что «настройка» весьма правильная, она должна быть абсолютно совершенной. Данный в этом случае необычный метод рассуждения в действительности превосходно срабатывает в других контекстах: к примеру, мы знаем, что в атоме водорода положительный электрический заряд протона нейтрализуется отрицательным зарядом вращающегося около него электрона с огромной точностью – больше чем одна часть из 1021. Однако никакие измерения не говорят о том, что общий заряд атома точно равен нулю, – в любой момент остается допуск на ошибку. Так называемая «теория великого объединения», которая установила взаимосвязь электрических сил с ядерными, в последние 20 лет внесла предложение глубинную обстоятельство того, по какой причине нейтрализация зарядов есть правильной. Однако уже 50 лет назад многие физики предполагали, что нейтрализация зарядов есть правильной, не смотря на то, что тогда у них не было никаких убедительных аргументов.

Другое необычное открытие пребывает в том, что скорость расширения (постоянная Хаббла) одна и та же во всех направлениях: ее возможно обрисовать единственным коэффициентом масштабирования, отображающим удлинение штырей в пространственной решетке Эшера (см. рис. 5.1). Мы легко можем представить себе вселенную, где растяжение в некоторых направлениях происходит стремительнее, чем в других. Казалось бы, менее однородная вселенная воображает больше возможностей для этого. По какой причине, в то время, когда мы замечаем отдаленные районы Вселенной в противоположных направлениях, они выглядят такими похожими, как будто бы копии? Либо по какой причине температура реликтового излучения везде фактически однообразна? Как мы заметим в главе 9, для всех этих параметров нашей Вселенной и правильной «настройки» числа Ω в первоначальной Вселенной существует занимательное объяснение, ссылающееся на так именуемую «инфляционную фазу».