Вселенная. Руководство по эксплуатации - Дэйв Голдберг

Даже если время и пространство на планковских масштабах и не разбито на пиксели, путаницы там все равно предостаточно. В 1955 году Джон Уилер заключил, что если в вакууме постоянно создаются и уничтожают друг друга частицы, у них должно быть гравитационное поле. В результате на масштабах меньше планковской длины даже пустое пространство должно быть безнадежно деформировано и искажено. Уилер назвал это квантовой пеной, и если все так и обстоит (разумеется, никто этого глазами не видел), значит, существуют минимальное возможное расстояние и минимальный возможный размер.

Оставим все это ненадолго и проделаем один простенький фокус. Представим себе, что мы двигаемся в прошлое все дальше и дальше, и притворимся, что при этом не нарушается обычная общая теория относительности. Время, как и пространство, может свертываться и складываться само на себя. Иначе говоря, согласно общей теории относительности, никакого «до Большого взрыва» не было. Большой взрыв создал Вселенную, в том числе и время. Это все равно что спрашивать: «А когда стоишь на Южном полюсе, где там юг?»

Это несколько смущает — хотя мы преспокойно заявили, что ткань пространства расширяется, а материю можно создавать из ничего, но в обоих случаях от чего-то отталкивались. Даже при инфляции, когда размер Вселенной увеличивался в неимоверном темпе, все равно пришлось начинать с небольшого участка и представить себе, что он был очень податливый и мягкий. Когда мы создавали частицы, то начали с энергии. В результате, когда мы говорим о «сингулярности» Большого взрыва, возникает искушение представить себе Вселенную в целом как совсем крошечный и очень плотный комочек, который взял и взорвался. Беда в том, что эта картина полностью расходится со всеми нашими познаниями в физике. Да и модели создания Вселенной из бесконечно малой точки у нас нет.

На самом деле мы просто не знаем, что было до этого, поэтому и спрашивать у нас не стоит. Да-да. Не знаем, и все тут. Ну ладно, если вы так уж настаиваете, можем выдвинуть несколько догадок.

VIII. Что было до начала?

Не будем лениться и повторим: общая теория относительности предполагает, что никакого «до Большого взрыва» не было. Крошке Билли достаточно знать, что никакого времени тогда не существовало. Однако некоторое пространство для маневра у нас есть. Поскольку мы не знаем даже с отдаленным подобием определенности, что произошло до планковского времени, мы уж точно не знаем, что происходило до Большого взрыва. Так или иначе, нам остается одна из двух возможностей.

1. У Вселенной был некоторый момент начала — в этом случае у нас остается больной вопрос о том, что привело к ее созданию.

2. Вселенная была всегда — в этом случае существует буквально бесконечное количество историй, как до нас, так и после.

Ни тот ни другой вариант нас полностью не удовлетворяет, и оба ставят перед нами проблемы, которые не по зубам даже религиям. Например, Ветхий Завет начинается со слов «В начале». Следует понимать, что мир создал Бог. В таком случае Вселенная — наша Вселенная — началась в определенный момент. Однако сам Господь, как предполагается, вечен. Чем же он занимался до создания Вселенной?

Ничуть не лучше предположить, будто Вселенная ни с того ни с сего взяла и создала сама себя. Тогда надо сформулировать сколько-нибудь жизнеспособную модель, объясняющую, что заставило Вселенную все это затеять. Особенно хитроумный фокус (или теорию, если вам так больше нравится) предложил в 1982 году Алекс Виленкин из Университета Тафте — он показал, что данные квантовой механики проливают некоторый свет на возникновение мультивселенной.

Во-первых, Виленкин отметил, что если нам надо каким-то образом доказать, что Вселенная началась с крошечного пузырька, следует учесть, что могло произойти два события. Если бы пузырек был достаточно велик, энергия вакуума заставила бы его расширяться и подвергнуться инфляции. Если бы пузырек был слишком мал, он бы схлопнулся. Но мистер Хайд в главе 2 преподал нам важный урок. Когда имеешь дело с квантовой механикой, все происходит не так, как ожидается. Помните, как Хайд «случайно» появлялся из дыры в земле? Точно так же маленькая вселенная могла бы случайным образом туннелироваться в более крупную. Модель Виленкина поражает тем, что даже если сделать «маленькую» вселенную — сколь угодно маленькую, — туннелирование все равно возможно. Оно возможно даже в том случае, когда вселенная вообще не обладает никаким размером. А как мы называем нечто лишенное размера? Ничто.

До Большого взрыва Вселенная находилась в таком состоянии, когда ее размер (честное слово) равнялся нулю, а время было неопределенным по своей сути. Затем Вселенная туннелировала из ничего в расширяющуюся ветвящуюся Вселенную, которую мы уже видели. Проблема в том, что «ничто», из которого возникла Вселенная, было не совсем ничто. Оно должно было каким-то образом понимать, что такое квантовая механика, а нас приучили думать, что физика присуща Вселенной имманентно. Неприятно думать, будто физика существовала до начала Вселенной или, если уж на то пошло, до начала времен.

Разумеется, это основная проблема любой теории происхождения Вселенной. Получается, что вся эта сверхсложная структура должна была возникнуть из ничего, и это не укладывается в голове.

Вторая возможность так же огорчительна. Мультивселенная вполне способна быть буквально вечной или по меньшей мере обладать бесконечной историей. Углубляться в философию или теологию мы здесь не будем. Однако мы вправе задать вопрос о том, как же устроена бесконечная Вселенная.

Сценарий бесконечной мультивселенной № 1.Мультивселенная породила сама себя

Если крошку Билли не удовлетворили следствия «начала», о которых мы уже поговорили, или если он решил, будто понял, куда мы клоним, будет достаточно фразы «мультивселенная породила сама себя», чтобы раз и навсегда отвадить любого от того, чтобы просить у физика совета в сердечных коллизиях или разъяснения по биологическим вопросам.

Однако происхождение мультивселенной по-прежнему остается открытым вопросом для обсуждения. В 1998 году Дж. Ричард Готт и Ли Цзин Ли из Принстона предложили вероятный вариант событий, согласно которому мультивселенная возникла из некоего объекта, похожего только и исключительно на машину времени. Готт и Ли показали, что решить Эйнштейновы уравнения общей теории относительности можно так, что мультивселенная начнет ходить по замкнутому кругу[122], и этот круг послужит «стволом» дерева, которое дает побеги и ветви, порождая свою собственную вселенную.

Поскольку лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать, приведем картинку, которую нарисовали сами Готт и Ли.

Из работы Готта и Ли (1908)

Трактовать эту схему нужно следующим образом: по большей части время идет снизу вверх, и все начинается с бублика внизу. Таково происхождение мультивселенной. Это значит, что начала у мультивселенной не было, поскольку крутиться по петле можно бесконечно.

А следовательно, мы вправе говорить о «времени после Большого взрыва» как о времени, когда петля дала побег в будущее и родилась некая вселенная. Кроме того, вы заметите, что от первичной временной петли отходит не один рог, а несколько. Это полностью соответствует с представлением об инфляции мультивселенной, с которым мы уже знакомы.

Сценарий бесконечной мультивселенной № 2.Это не первая Вселенная

Существует вероятность, что Вселенная могла в конечном итоге схлопнуться и впасть в коллапс, — эту вероятность мы обсудили и практически сразу отмели. С нашей нынешней точки зрения, подобная версия привлекательна потому, что если бы Вселенная окончила свои дни «большим хлопком», дело, вероятно, было бы в том, что мультивселенная — это всего лишь последовательность расширений и сжатий, которая длится вечно, и наша Вселенная — всего лишь одно звено в бесконечной цепи.

Неувязка (помимо того факта, что во Вселенной не хватит вещества для нового коллапса) состоит в беспорядке. Как мы видели в главе 3, Вселенная любит беспорядок. Если вы когда-нибудь строили башню из жестяных банок из-под лимонада, то знаете, что есть только один способ их сложить — одну на другую, стоймя, вертикально. Но если разрушить башню, банки раскатятся как попало. Развалить башню из банок можно куда как большим числом способов, чем построить, и с течением времени Вселенная находит способы разрушить и другие формы порядка.

Если наша Вселенная — результат целой серии расширений и коллапсов, то наш «Большой взрыв» произошел через миллиарды и триллионы лет после некоего «начала (а оно откуда взялось и почему приключилось?), так что на наведение беспорядка было сколько угодно времени. Но особого беспорядка как-то не наблюдается. Более того, история нашей Вселенной была очень гладкой и упорядоченной. Ответ не сходится.