Коллайдер

Вместе с Уилером Девитт досконально проработал вопрос о применении квантовых принципов к гравитации. Первый стремился переформулировать эйнштейновскую теорию относительности на языке метода суммирования по историям. В квантовой механике состояния отличаются друг от друга положением, импульсом, спином и т. д. Словно из отдельных нот складывается музыкальная композиция. А как выглядит фортепианная клавиатура общей теории относительности? Наконец, Уилер сообразил, что его симфонию окрасят тембры всевозможных трехмерных геометрий. Вдохновленный этой догадкой, он принялся уговаривать Девитта помочь ему с математической реализацией. Девитт позже вспоминал: «Уилер приставал с этим ко всем. Однажды, по-моему, в 1964 г., он мне позвонил и сказал, что у него пересадка в аэропорту Рэлея-Дурхэма - я тогда был в Северной Каролине - и у него будет пара свободных часов. Не смог бы я туда приехать и поговорить о физике? Он ко всем, я знал, пристает с вопросом: “Какова в квантовой гравитации область определения?” И, по-видимому, он наконец догадался, что это пространство трехмерных геометрий. Меня тогда занимали другие задачи, но эта. в общем, тоже заслуживала внимания… Я прямо там, в аэропорту, записал это уравнение на каком-то клочке бумаги. Уилер пришел от него в восторг»⁸⁹.

Так появилось уравнение Уилера-Девитта, позволяющее приписать веса трехмерным геометриям и, просуммировав их, определить самый вероятный вариант эволюции Вселенной. Теоретически, оно должно было помочь физикам понять, как знакомая нам реальность выкристаллизовалась из неразберихи случайностей. На практике, однако, в интересных случаях оно принимало весьма громоздкий вид.

В 1973 г. Коллинз и Хокинг рассмотрели этот вопрос на классическом уровне в своей знаковой работе «Почему Вселенная изотропна?». Перебирая многочисленные решения уравнений Эйнштейна - как изотропные, так и анизотропные космологии, они пытались понять, какие из них содержат сегодняшнюю Вселенную. Является ли космология изотропной или анизотропной, зависит от эквивалентности или неэквивалентности различных направлений. В первом случае Вселенная расширяется одинаково по всем направлениям, словно круглый шарик, когда его надувают. А если посмотреть в разные стороны в анизотропной Вселенной, то скорости увеличения расстояний в космосе будут тоже отличаться. Когда надуваешь воздушный шарик в форме сосиски, он становится все длиннее и длиннее, хотя поперечный размер почти не меняется.

Как известно из астрономических наблюдений, современная Вселенная в больших масштабах близка к изотропному варианту. Мы видим, что пространство расширяется во всех направлениях примерно одинаково. Реликтовое излучение, которое представляет собой моментальный снимок «эпохи рекомбинации», наступившей через 300 000 лет после Большого взрыва, тоже отличается высокой изотропией. (Как мы уже упоминали, спутники СОВЕ и WMAP все-таки зарегистрировали крошечные отклонения от изотропии.) Коллинз и Хокинг задались вопросом, должна ли была ранняя Вселенная, чей возраст насчитывал доли секунды, тоже быть изотропной. Почему она не может быть похожа на дикий морской берег, хаотично испещренный песчаными барханами?

Чтобы понять, как в поначалу хаотическом мире мог бы установиться порядок, двое ученых ввели в рассмотрение Многомир[29] - своего рода Вселенную вселенных, заключающую в себе весь набор геометрических альтернатив. Какие подвиды в этом космическом зоопарке, спрашивали теоретики, легче всего поддались укрощению и превратились в хорошо знакомое нам изотропное пространство, которое мы сегодня наблюдаем? Из вычислений следовал удивительный результат: лишь бесконечно малая доля первичного множества готова была совершить такой эволюционный скачок. Космос с современными его свойствами могли дать только вселенные, которые уже тогда имели высокую степень изотропии. Любое отклонение от идеальной формы, имевшее место в самом начале, за время жизни Вселенной разрослось бы до чудовищных размеров. Но как тогда в эту картину вписать сегодняшний день, который, как оказывается, является скорее исключением, чем правилом?