3. «Инфляционная модель».

Модель Большого Взрыва не описывает самые ранние стадии эволюции Вселенной - до 10^-30 с – и не касается причин самого взрыва. Для восполнения этого пробела была предложена гипотеза раздувающейся Вселенной (инфляционная гипотеза). В ее основе лежат идеи синергетики.

В соответствии с гипотезой раздувающейся Вселенной первоначальное состояние Вселенной требует одновременного использования теории гравитации (ОТО) и квантовой теории – квантовая теория гравитации. Первоначальное состояние Вселенной – вакуум, который по принципу неопределенностей может обладать различными энергиями, т.е. находиться в разных состояниях, в том числе неустойчивых. В вакууме постоянно рождаются и уничтожаются виртуальные частицы, т.е. происходят флуктуации энергии. Некоторые из этих флуктуаций могут стать зародышами вселенных, каждая из которых характеризуется своим набором фундаментальных физических констант.

Инфляционная теория рассматривает Вселенную начиная с 10^-45 с от Большого Взрыва. Радиус первоначальной флуктуации при этом 10^-50 см, на таких расстояниях действуют особые силы космического отталкивания, приводящие к быстрому раздуванию Вселенной. В промежутке от 10^-43 до 10^-34 с формируются пространственно-временные характеристики Вселенной.

Вследствие быстрого расширения силы космического отталкивания иссякают, а температура Вселенной падает до 10²⁷ К, начинается распад неустойчивого вакуума. Частицы и античастицы распадаются по-разному, на 10⁹ античастиц приходится 10⁹+1 частица. Возникшая неравновесность и заставляет систему перейти в новое состояние, изменив свою структуру. Значения энергий при этом настолько велики, что все 4 фундаментальных взаимодействия представляют из себя единую суперсилу (эра Великого Объединения).

Далее Вселенная продолжает расширяться вследствие первоначального импульса расширения, но скорость расширения уменьшается из-за сил гравитации. На этом этапе уже можно пользоваться стандартной моделью Большого Взрыва.

4. Физический вакуум.

Самый трудный вопрос космологии – физическая природа космического вакуума. В настоящее время принято считать, что космический вакуум – тот же, что и вакуум атомной физики, в котором разыгрываются взаимодействия элементарных частиц.

Физический вакуум представляет собой наинизшее энергетическое состояние квантовых полей. Но энергия в этих состояниях не равна нулю, поэтому вакуум обладает энергией и массой. Плотность вакуума равна примерно 5·10^-27 кг/м³. Каково происхождение его энергии? Она определяется соотношением неопределенностей Гейзенберга.

Физический вакуум обнаруживает себя в эксперименте. Например, благодаря принципу неопределенностей и ненулевой энергии квантовых полей постоянно рождаются и исчезают виртуальные пары электрон-позитрон. При столкновении реальных частиц, окруженных «виртуальными шубами», часть энергии может быть захвачена виртуальными частицами, и они превращаются в реальные. Такие процессы реально наблюдаются.

Однако не все ученые согласны с тем, что физический и космический вакуум – одно и то же. Не исключено, что космический вакуум никак не связан с вакуумом квантовых полей, а является проявлением дополнительных измерений пространства.

Во всяком случае, вакуум сильно влияет на процессы во Вселенной. Например, движение (разбегание) галактик регулярно даже в локальных масштабах, что отражается в величине постоянной Хаббла, а распределение масс в таком масштабе сильно неоднородно. По-видимому, движением галактик управляет именно космологический вакуум с его однородностью.