Если бы это было так, нас бы здесь не было. Но есть научно подтвержденный ответ.
Когда мы изучаем нашу Вселенную, глядя на планеты, звезды, галактики и огромные космические пустоты, разделяющие их, «гладкий» - не первое слово, которое приходит на ум. Огромная космическая паутина - одно из самых скопившихся явлений во Вселенной, а планета, подобная Земле, примерно в 1030 раз плотнее средней. И все же Вселенная не всегда была такой комковатой, иначе она не эволюционировала бы так, как мы видим ее сегодня. Она должна была родиться почти идеально гладкой, где несовершенства составляли всего несколько стотысячных долей, иначе на формирование первых галактик не понадобились бы сотни миллионов лет. Тем не менее, эти крошечные несовершенства были жизненно важны, иначе мы вообще не сформировали бы структуру, которую видим сегодня! После столетий непонимания того, как это произошло, одна из самых противоречивых теорий космологии - инфляция - дала ответ. И теперь, когда наши измерения достигли беспрецедентной точности, его предсказания блестяще подтверждаются.
Согласно космической инфляции, горячий Большой Взрыв не был самым началом пространства и времени, а был просто горячим, плотным, быстро расширяющимся ранним состоянием. Это была космическая инфляция, фаза, когда во Вселенной преобладали не материя и излучение, а энергия, присущая самому пространству, которая привела к Большому взрыву. Эта инфляционная фаза характеризовалась экспоненциальным расширением пространства, когда Вселенная увеличивалась вдвое, затем вчетверо, затем в восемь раз (и т. д.) с течением времени. Всего через 10-33 секунды область размером с теоретическую струну из теории струн была бы растянута до масштабов, превышающих наблюдаемую сегодня Вселенную. Другими словами, космическая инфляция берет все, что существовало до этого, и растягивает его по-настоящему, по-настоящему, идеально плоско и гладко.
На первый взгляд это кажется огромной проблемой. Если инфляция делает пространство плоским, однородным и гладким, неотличимым от совершенства, то как же мы сегодня пришли к комковатой Вселенной? Теории гравитации Ньютона и Эйнштейна неустойчивы к несовершенствам, а это означает, что если вы начнете с почти идеально гладкой Вселенной, со временем несовершенства будут расти, и вы получите структуру. Но если вы начнете с идеальной гладкости, буквально без изъянов, вы останетесь гладкими навсегда. Тем не менее, это совсем не согласуется с Вселенной, которую мы наблюдаем; он должен был родиться с несовершенством плотности материи.
Таким образом, эта наивная картина инфляции должна быть неполной. Должен быть какой-то способ генерировать эти несовершенства, иначе Вселенная не существовала бы такой, какой мы ее видим. Но важное свойство Вселенной и инфляции приходит на помощь самым впечатляющим образом. Видите ли, пустое пространство само по себе не является идеально плоским и гладким, а скорее в мельчайших масштабах демонстрирует квантовые флуктуации.
Это можно рассматривать по-разному: неопределенность, присущая энергии самого пространства; как колебания вакуума; или как наборы пар частица-античастица, возникающие и исчезающие. Но независимо от того, как вы на это смотрите, одно остается ясным: если бы вы построили график плотности энергии Вселенной и посмотрели на нее в чрезвычайно малых и гранулированных масштабах, вы бы увидели, что она не однородна и не постоянна в пространстве. или время, даже если вы удалили из него всю материю и излучение. Существуют квантовые флуктуации, присущие самой ткани пространства.
Обычно эти флуктуации в среднем компенсируют друг друга, и поэтому вы просто получаете крошечную энергию нулевой точки, которая положительно присуща самому пространству. Но во время инфляции эти квантовые флуктуации не имеют возможности усредниться, потому что само пространство расширяется с такой экспоненциальной скоростью!
Вместо этого происходит то, что эти флуктуации растягиваются по всей Вселенной, и поэтому идея квантовой флуктуации больше не ограничивается очень маленьким масштабом. В масштабах времени, которые составляют всего крошечные доли секунды, эти квантовые эффекты могут быть растянуты до флуктуаций энергии в звездных, галактических или даже масштабах, охватывающих Вселенную!
По мере того, как инфляция продолжается, создаются новые флуктуации квантового масштаба, в результате чего дополнительные флуктуации меньшего масштаба накладываются на флуктуации более крупного масштаба. Это продолжается и продолжается, создавая паттерн флуктуаций и случайные области всех размеров с повышенной и пониженной плотностью энергии, пока продолжается инфляция.
Затем, через неопределенное время, инфляция прекращается. И когда это происходит, вся энергия, присущая самому пространству, превращается в материю, антиматерию и излучение. Когда инфляция заканчивается, начинается горячий Большой Взрыв, и Вселенная наполняется веществом.
Но в областях, которые изначально были чрезмерно плотными с точки зрения энергии, из-за этих квантовых флуктуаций во время инфляции, в этих областях будет существовать немного больше материи, антиматерии и излучения, чем в среднем. места. В регионах с низкой плотностью будет существовать материя, антиматерия и излучение немного ниже среднего. И этот спектр избыточной и пониженной плотности должен привести к тому, что в результате во Вселенной появятся чуть более холодные и более горячие области с точки зрения температуры.
После того, как Вселенная просуществовала некоторое время, расширяясь и охлаждаясь, в дело вступает гравитация. Это увеличивает колебания, которые существовали, в каком бы направлении они ни отклонялись от среднего значения. Чуть более горячие области, будучи менее плотными, легче отдадут свое вещество более плотным областям. Более холодные регионы, будучи сверхплотными, будут предпочтительно притягивать материю более эффективно, чем регионы с низкой или средней плотностью.
Существует сложный баланс между гравитацией, которая притягивает все в соответствии с приведенной выше логикой, и излучением, которое отталкивает области, которые слишком быстро становятся слишком плотными. Именно это взаимодействие сил между гравитацией, излучением и первоначальными флуктуациями из-за инфляции приводит к бугоркам, колебаниям и несовершенствам, которые мы наблюдаем на космическом микроволновом фоне.
Первоначальные флуктуации, в среднем, должны были иметь среднее значение 1-30 000 или около того, именно так мы получаем флуктуации, которые наблюдаем в остаточном свечении Большого взрыва.. Затем эти флуктуации увеличиваются после того, как Вселенная становится нейтральной и излучение прекращает рассеиваться на электронах, создавая крупномасштабную структуру, которую мы наблюдаем во Вселенной сегодня. Со временем это приводит к гравитационному росту звезд, галактик, скоплений и больших космических пустот, разделяющих их.
Если бы Вселенная родилась идеально гладкой, то не было бы возможности получить детальную структуру как в больших, так и в малых масштабах, которую мы имеем сегодня. Наши наблюдения требуют, чтобы флуктуации одной и той же величины каким-то образом существовали во всех масштабах и что Вселенная должна была родиться такой. Когда в конце 1970-х и начале 1980-х годов была впервые предложена теория инфляции, не было никакой возможности узнать, как окажутся эти колебания; это был прогноз, сделанный инфляцией, который не подтвердится в течение десятилетий! Тем не менее, подтверждение здесь впечатляющее, поскольку никакая другая теория не способна генерировать эти колебания, а наблюдения точно и неопровержимо совпали с тем, что предсказывала инфляция, поскольку такие спутники, как COBE, WMAP и, совсем недавно, Planck, вернули свои данные.
Результат - история настолько убедительная и согласующаяся с данными, что альтернативы практически нет. Инфляция - это не просто то, что привело к Большому взрыву или решило множество проблем, о которых мы знали заранее; он сделал количественные предсказания того, что мы могли бы ожидать во Вселенной, от древних времен до наших дней, и наблюдения подтвердили это. Инфляция и ее квантовая природа являются причиной того, что Вселенная сегодня не является идеально гладкой, и это очень хорошо. Без него мы никогда не смогли бы существовать.