На лужайке Эйнштейна. Что такое ничто, и где начинается всё - Гефтер Аманда

Во всем этом было какое-то безумие. И главное – ни для Сэйфа, ни для Скруда вакуумное состояние не было чем-то реальным. Теория относительности показала, что пространство и время были разными для разных наблюдателей. Они не были инвариантными. Они не были настоящими. Теперь было ясно, что вакуумные состояния, а с ними частицы, должны были покинуть наш список. Частицы были не настоящими. Их существование зависит от наблюдателя.

А ведь это уже было заложено в самом определении частиц как неприводимых представлений группы Пуанкаре. Эту группу образуют глобальные преобразования плоского пространства-времени, но глобальные преобразования бесполезны при наличии горизонта событий. Горизонт требует от нас локальных определений, разрезания единого глобального взгляда на отдельные, зависящие от наблюдателя фрагменты. Проблема состоит в том, что не существует уникального, выделенного способа такого разбиения, в разных фрагментах будет свой вакуум, возникнет ряд несоизмеримых картин реальности, ни одна из которых не будет более истинной, чем остальные. Искривленное пространство-время – с гравитацией, с горизонтами событий – не обладает симметрией Пуанкаре. Уберем симметрию, и мы потеряем четкое определение частиц. Как только у вас геометрия пространства-времени начинает зависеть от наблюдателя – она может быть плоской, как ее видит Скруд, и в то же время изогнутой, как ее видит Сэйф, – вы переносите двусмысленность на совершенно новый уровень. Теперь нельзя задавать вопрос: «Существует ли частица?» Теперь нам необходимо каждый раз уточнять: «Существует ли частица в системе отсчета Сэйфа?» И словно этого было недостаточно, чтобы взорвать мой мозг, я обнаружила еще и третий вид горизонта событий – тот, который буквально определяет границы Вселенной.

Если у вас есть наблюдатель, двигающийся с ускорением в плоском пространстве, то вы получите горизонт Риндлера. Но вскоре я обнаружила, что ситуацию можно поменять на обратную и придать ускорение самому пространству, пока наблюдатель вроде Скруда остается неподвижным в своей инерциальной системе отсчета. При расширении пространства ускоренными темпами свет может проходить конечное расстояние даже за бесконечное время: не важно, какое расстояние пройдено светом – расширяющееся пространство постоянно подсовывает ему новую задачу, как выползающая лента бегового тренажера. Некоторые лучи света никогда не смогут достичь Скруда. Таким образом, какая-то часть Вселенной будет для него вечно темной. Эту темную область ограничивает горизонт событий – деситтеровский горизонт.

Виллем де Ситтер был первым физиком, который усмотрел спрятанную в уравнениях Эйнштейна Вселенную, расширяющуюся с ускорением – Вселенную, совершенно лишенную материи, более пустую, чем холодное межзвездное пространство. Просто обширное, бесплодное ничто.

Только это было не совсем ничто. В ткань пространства вплеталась странная форма энергии, которая проявляла своего рода антигравитационный эффект, оборачивалась силой, расталкивающей пространство, заставляя Вселенную расширяться. Она возникала из-за, казалось бы, безобидного члена в уравнениях общей теории относительности – космологической постоянной. В ней заключалось свойство пространства самого по себе, поэтому, а также потому, что она была константой, расширение не истончало эту странную антигравитирующую энергию – чем больше пространства, тем ее становилось больше. Из-за этого возникал эффект разбегания: расширение Вселенной происходило все быстрее и быстрее по мере того как она становилась все больше и больше. Было нечто противоположное гравитационному коллапсу – образование черной дыры наоборот.

Когда в 1917 году де Ситтер предложил свою модель, Эйнштейн был убежден, что она неверна. Она явно противоречила двум главным философским установкам Эйнштейна – во-первых, что пространство-время без материи не может существовать, и, во-вторых, что Вселенная статична. Вечна. Занимаясь своими уравнениями, Эйнштейн верил, что именно космологическая постоянная заякорит Вселенную на месте, исключив как ее расширения, так и сжатия.

Но Эйнштейну не повезло: философия – недостаточно сильный аргумент для Вселенной. Она не хотела оставаться на месте, и в 1929 году американский боксер, ставший потом астрономом, Эдвин Хаббл, сделал сенсационное открытие: все галактики в небе разлетаются прочь от нас со скоростью, пропорциональной их расстоянию до нас. Именно этого и следовало бы ожидать от расширяющейся Вселенной.

Я не знаю, как Эйнштейн воспринял открытие Хаббла, но готова держать пари: в тот день он пробил кулаком стену. Я уверена: ему и мгновения не понадобилось, чтобы понять, какой шанс он упустил! Еще бы чуть-чуть, – и он сделал бы то, что вошло бы в историю как одно из величайших научных предсказаний. А от разбегания галактик до Большого взрыва нужно было подумать ровно два раза. Все это лежало прямо у него под носом, содержалось в тех уравнениях, которые он сам же и вывел, но он не хотел видеть этого. Конечно, семью годами раньше он уже получил свою Нобелевскую премию, так что теперь никто не мог сказать: «Какой же идиот этот Эйнштейн!» Но все равно: он, должно быть, очень разозлился.

Есть фотография Эйнштейна у телескопа Хаббла на вершине Маунт-Вилсон: он вглядывается в космос, чтобы увидеть расширение. Каждый раз, когда я смотрю на нее, у меня по спине пробегает дрожь. Мысль о том, что человек, вооруженный не более чем философскими принципами, карандашом и бумагой, выяснил, что в действительности происходит в этом огромном мире, еще раз подчеркивает силу разума и великий потенциал науки. Эйнштейн писал: «Я считаю в известном смысле оправданной веру древних в то, что чистое мышление в состоянии постигнуть реальность»[35]. Я не переставала думать, как антиреалист может смотреть на это фото. Мог ли такой человек честно принять все это за чистое совпадение? Космическое чудо? Вселенная расширяется только потому, что мы все согласились, что это так? Я могу только представить себе девушку из моей группы: Расширение? Разве нет мужского органа, который известен этим?

После открытия расширяющейся Вселенной, сделанного Хабблом, Эйнштейн был вынужден признать, что существуют нестационарные решения уравнений общей теории относительности. Решения, аналогичные решению де Ситтера. Но модель де Ситтера оставалась просто теоретическим курьезом вплоть до 1998 года, когда две команды астрономов вышли на охоту за сверхновыми и обнаружили, что скорость расширения Вселенной увеличивается. Более поздние исследования позволили уточнить, когда началось ускорение: пять миллиардов лет назад прекратилось замедление космического расширения после первоначального толчка инфляции, и вдруг снова начался его разгон. Словно какая-то странная сила задремала на время, свернувшись калачиком в тишине пространства, в ожидании подходящего момента, чтобы наброситься и перебороть силу тяжести. Если бы не было космологической постоянной Эйнштейна, в такую переменчивость было бы трудно поверить. Физики на всякий случай назвали эту силу темной энергией.

Ускоренное расширение Вселенной сейчас не проявляет никаких признаков замедления. По мере того как пространство продолжает расширяться, плотность вещества продолжает уменьшаться, Вселенная истончается, расстояние, разделяющее любые два объекта, становится все больше, оставляя за собой унылое пустое беззвездное пространство. Расстояние между галактиками продолжает увеличиваться, а небо продолжает темнеть. В итоге пространство будет расширяться так быстро, что свет от далеких звезд никогда не сможет до нас добраться. Сметенные космической экспансией, они исчезнут, оставив только тьму, наш Млечный путь, как тусклый маяк в море чернильной пустоты, расширяющегося ничто. Одинокий остров в пустоте, окруженный горизонтом событий. Теперь мне стало ясно: во Вселенной, где правит темная энергия, мы все – Скруды.

Жизнь во Вселенной, пронизанной темной энергией, означает, что наш горизонт событий нас ждет. Это означает, что мы живем в деситтеровской вселенной. А поэтому все тревожащие нас эффекты горизонтов событий не ограничатся только окрестностями черных дыр, находящихся на безопасно далеких расстояниях от нас. Они подбираются к нам со всех сторон.