Когда оркестр только настраивается, по залу плывут разрозненные звуки — но стоит дирижёру взмахнуть палочкой, и хаос превращается в симфонию. Примерно так же выглядело начало нашей Вселенной. В первые мгновения она раздувалась с невообразимой скоростью — быстрее, чем свет успевал бы её пересечь. Это краткое событие, называемое инфляцией, оставило после себя едва заметную рябь в распределении вещества — как круги на воде от брошенного камня. Сегодня эту рябь мы видим как пятна чуть разной температуры на карте реликтового излучения.
Авторы новой работы нашли способ по этой ряби восстановить сам «взмах дирижёрской палочки» — то есть узнать, как именно раздувалась Вселенная. Они переписали уравнения, управлявшие рождением неоднородностей, в виде, похожем на задачу о рассеянии волн. Бросая камешки в пруд, по расходящимся кругам можно пытаться понять форму дна. Здесь роль камешков играют квантовые флуктуации (случайные всплески на микроуровне), а «дно» — это сам процесс расширения. Ключевым инструментом стала функция Йоста — математический объект, который как чуткий камертон улавливает малейшие отклонения от плавного хода инфляции.
Метод проверили на двух учебных примерах: плавном, похожем на пологий холм, и ступенчатом — с резким обрывом. В первом случае восстановленная картина почти идеально совпала с исходной. Во втором, где резкий перепад порождал сильное «эхо», возникли небольшие расхождения — но именно они и выдали присутствие аномалии. Такой подход напоминает работу геолога, который по отражённым сейсмическим волнам ищет подземные разломы. Он не видит их напрямую, но может точно сказать, где и какой глубины находится неоднородность.
Теперь у космологов есть инструмент, позволяющий не просто гадать о первых мгновениях, а восстанавливать их по наблюдаемому «отпечатку». Это как если бы мы научились по застывшей ряби на старом озере определять, какой формы был камень и с какой силой его бросили. И кто знает — возможно, в этой ряби скрыты подсказки о симфонии, которую исполнила наша Вселенная в самом своём начале.
Рябь реликтового излучения, которую мы видим сегодня, сформировалась, когда Вселенной было всего 380 000 лет — это как сделать снимок младенца через несколько часов после рождения.