Для Гута это осознание стало источником радости и удивления. Такое простое решение могло бы в момент объяснить проблему монополя. Но Гут понимал, что последствия этого решения для космологии будут гораздо более существенными, чем он сам усматривал в своей идее.
Проблема плоскостности Вселенной
Алан Гут увидел, что его теория разрешает еще одну проблему – проблему плоскостности Вселенной, которую мы упоминали ранее. Стандартная картина Большого взрыва не могла объяснить, почему Вселенная такая плоская. В 1970-е годы считалось, что плотность вещества во Вселенной, называемая Ω, равнялась приблизительно 0,1. Тот факт, что значение было относительно близко к критической плотности 1,0 через столько миллиардов лет после Большого взрыва, очень беспокоил ученых. По мере того как Вселенная расширялась, Ω должна была бы измениться. Ее же значение было неуютно близко к значению 1,0, которое описывает полностью плоский космос.
Уравнения Эйнштейна для любого разумного значения Ω в начале времен показывают, что в наши дни Ω должна равняться почти нулю. Потребовалось бы чудо, чтобы Ω находилась так близко к значению 1 через столько миллиардов лет, прошедших после Большого взрыва. Это то, что в космологии называют проблемой точной настройки. Бог, или Творец, должен был «выбрать» значение Ω с фантастической точностью, чтобы в наши дни она равнялась 0,1. Если в наши дни значение Ω находится в диапазоне от 0,1 до 10, то это подразумевает, что через секунду после Большого взрыва ее значение равнялось 1,00000000000000. Иными словами, в начале времен значение Ω должно было быть «выбрано» равным единице с точностью до одной стотриллионной, что с трудом укладывается в голове.
Представьте, что вы стараетесь поставить карандаш на острие. Сколько бы вы ни искали баланс, карандаш все равно падает. По сути, необходима потрясающая точность настройки – сбалансировать карандаш таким образом, чтобы он не упал. А теперь попробуйте сбалансировать карандаш так, чтобы он простоял на острие грифеля не несколько секунд, а несколько лет! Вот также невероятна и точная настройка, необходимая для того, чтобы сегодня Ω равнялась 0,1. Малейшая ошибка в настройке стала бы причиной нынешнего значения Ω, намного отличного от единицы. Так почему же плотность столь близка к первому дню творения, если, по справедливости, ее значение должно бы уйти астрономически далеко?
Для Гута ответ был очевиден. Вселенная просто-напросто расширилась до такой степени, что стала казаться плоской. Подобно человеку, считающему, что Земля плоская, потому что он не видит горизонта, астрономы заключили, что значение Ω находится в области 1, потому что инфляция сделала Вселенную плоской.
Проблема горизонта
Инфляция не только объясняла факты, свидетельствующие о том, что Вселенная плоская, – она также решила проблему горизонта. Эта проблема основана на простом понимании того, что ночное небо кажется относительно однородным, в какую бы точку вы ни смотрели. Если вы повернете голову на 180°, то увидите, что Вселенная однородна, хотя только что видели сегменты Вселенной, разделенные десятками миллиардов световых лет. Мощнейшие телескопы не могут обнаружить каких-либо заметных отклонений в этой однородности. Наши космические спутники показали, что космическое фоновое микроволновое излучение также распределено чрезвычайно однородно. В какую бы точку космоса мы ни проникли, температура фонового излучения меняется не более чем на одну тысячную градуса.
Но в этом-то и проблема, поскольку скорость света является конечным скоростным пределом во Вселенной. За время жизни Вселенной свет или информация никоим образом не могли пройти расстояние от одной части ночного неба к другой. Если взять, скажем, микроволновое излучение, видимое в одном направлении, то оно путешествовало более 13 млрд лет с момента Большого взрыва. Но если мы повернем голову на 180°, то увидим такое же микроволновое излучение, которое тоже пропутешествовало более 13 млрд лет. Поскольку эти излучения имеют одну и ту же температуру, это означает, что они находились в термальном контакте еще в начале времен. Но различные точки в ночном небе, разделенные расстоянием в 26 млрд световых лет, с момента Большого взрыва никоим образом не могли обменяться информацией.
Ситуация выглядит еще хуже, если взглянуть на небо через 380 000 лет после Большого взрыва, когда впервые образовалось микроволновое фоновое излучение. Если мы взглянем на противоположные точки небесной сферы (не простым глазом, естественно), то увидим, что излучение почти однородно. Но, согласно расчетам в рамках теории Большого взрыва, между этими противоположными точками лежит расстояние в 90 млн световых лет (из-за космического расширения после взрыва). Но свет никак не мог пройти 90 млн световых лет за 380 000 лет. Информация должна была бы двигаться со скоростью, намного превышающей скорость света, а это невозможно.