Инфляционная стадия или стадия раздувания в возникновении Вселенной

В 1980 г. американский ученый А.Гут (род. 1947) выдвинул идею очень быстрого расширения ранней Вселенной, названного раздуванием или инфляцией, подразумевая, что какое-то время расширение Вселенной происходило со все возрастающей скоростью. Вселенная возникла из очень горячего состояния, в котором сильное, слабое и электромагнитное взаимодействия были объединены в одно. По мере расширения Вселенной она охлаждалась, это привело к своеобразному фазовому переходу, симметрия сил была нарушена: сильное взаимодействие отделилось от электрослабого (слабое и электромагнитное как единое целое).

Гут предположил, что Вселенная могла вести себя как «переохлажденная» жидкость, т.е. охладилась ниже точки замерзания без образования льда. Вселенная оказалась в нестабильном (неустойчивом) состоянии (состояние «ложного вакуума»), что привело к антигравитационному действию аналогичному действию космологической постоянной Эйнштейна. Отталкивание превысило гравитационное притяжение (антигравитация превысила гравитацию) и Вселенная расширилась (раздулась) с возрастающей скоростью. При этом нарушилась симметрия сил, выделилась энергия и за счет этого Вселенная разогревается до температуры  10²⁹ К. В результате этого фазового перехода прекращают действовать силы отталкивания, Вселенная продолжает расширяться, но расширяется уже с замедлением скорости. С этого момента Вселенная начинает эволюционировать так, как предсказывает модель «горячей» Вселенной Гамова. По гипотезе Гута внутри старой фазы образуются «пузырьки» новой фазы нарушенной симметрии (аналог «пузырьки пара в кипящей жидкости), которые расширяясь сливаются до тех пор, пока Вселенная не окажется в новой фазе. Английский физик-теоретик С. Хокинг (род. 1942) и другие ученые показали, что быстрое расширение пузырьков не привело к их сливанию, т.к. удаление их друг от друга происходило с еще большей скоростью (даже больше скорости света), но тогда Вселенная должна остаться в очень неоднородном состоянии, что не соответствует наблюдаемому сейчас ее состоянию.

В 1983 г. российский физик А.Д. Линде предположил т.н. хаотическую модель раздувания Вселенной: в ней присутствует квантовое поле, с квантовыми флуктуациями в некоторых областях ранней Вселенной, приводящие к гравитационному отталкиванию и раздуванию этих областей. По мере раздувания энергия поля этих областей уменьшается до тех пор, пока раздувание не перейдет в расширение, как в «горячей» модели Большого взрыва. Это должно произойти в период 10^-36 – 10^-35 с от начала раздувания. Одна из областей могла превратиться в современную наблюдаемую Вселенную.

В предположении Линде исходным состоянием квантового поля является физический вакуум с виртуальными парами «частица – античастица». В результате флуктуации вакуум переходит в возбужденное состояние, называемое ложным вакуумом, с гигантскими антигравитациоными силами (силами отталкивания) и температурой  10³² К. Под действием этих сил произошло раздувание ложного вакуума с понижением температуры – «пузырей пространства», зародышей одной или нескольких вселенных. При распаде неустойчивого ложного вакуума исчезает отталкивание, и скорость расширения Вселенной начинает замедляться уже под действием гравитационных сил притяжения, а вся запасенная потенциальная энергия вакуума выделяется в виде рождения частиц и их кинетической энергии. Образуется горячая плазма из элементарных частиц с температурой  10²⁹ К (соответствует энергии  10¹⁶ ГэВ).

Вероятно, формирование пространственно-временных характеристик нашей Вселенной произошло в период с 10^-43 – 10^-42 с, с этого момента начинается эпоха (стадия) инфляции, которая проходила с 10^-42 до 10^-36 с. С окончанием эпохи инфляции рождается материя, эволюция которой происходит в соответствии с моделью «горячей» Вселенной.

Космология инфляционной эпохи в расширяющейся Вселенной предполагает творение Вселенной. Начало Вселенной определяется физиками-теоретиками как состояние вакуумной квантовой супергравитации с радиусом Вселенной в 10^-50 см (размер атома 10^-8 см, атомного ядра 10^-13 см). Основные события в ранней Вселенной разыгрывались в интервале от 10^-42 до 10^-36 с.

Различия в объяснении механизмов космической эволюции связаны с расхождением мировоззренческих установок. Естествознание рассматривает концепцию эволюции Вселенной, связанную с концепцией самоорганизации материи: материальная Вселенная является единственной реальностью, в ней идет самопроизвольное упорядочивание систем в направлении становления все более сложных структур; динамический хаос порождает порядок.

Согласно концепции творения, эволюция Вселенной связывается с реализацией программы, определяющей реальность более высокого порядка, чем материальный мир. Физическая структура Вселенной запрограммирована и направлена к появлению жизни, другими словами конечная цель космической эволюции – появление человека во Вселенной в соответствии с законами Творца.

Приложение

Литература: Эбелинг В., Р. Файстель. Хаос и космос: синергетика эволюции. – Москва-Ижевск, 2005.