Краткие ответы на большие вопросы

Одна примечательная особенность Вселенной, которую мы наблюдаем, связана с микроволновым фоном, обнаруженным Арно Пензиасом и Робертом Вильсоном. По сути, это реликтовое электромагнитное излучение очень молодой Вселенной. Фон распределён практически равномерно во всех направлениях. Различие составляет примерно одну стотысячную. То есть оно чрезвычайно мало и требует объяснения. Общепринятое объяснение такой однородности заключается в том, что в истории Вселенной был период чрезвычайно быстрого расширения, по крайней мере в миллиард миллиардов миллиардов раз. Этот процесс называется инфляцией, и это хорошо для Вселенной, в отличие от инфляции цен, от которой нередко страдаем мы. Если бы со Вселенной происходило только это, то микроволновое излучение было бы абсолютно одинаковым во всех направлениях. А откуда появляются небольшие различия?

В начале 1982 года я опубликовал статью, в которой предположил, что различия возникают от квантовой флуктуации, которая происходит в инфляционный период. Квантовые флуктуации — это следствие принципа неопределённости. Более того, эти флуктуации стали зёрнами, из которых проросли все структуры в нашей Вселенной: галактики, звёзды и мы сами. В основе этой идеи, в принципе, тот же механизм, что и в так называемом излучении Хокинга с горизонта чёрной дыры, которое я предсказал десятилетием раньше, только она происходит на космологическом горизонте — поверхности, которая разделяет видимые и невидимые нам части Вселенной. Тем летом в Кембридже мы организовали семинар, в котором приняли участие все крупные специалисты в этой области. На встрече мы сформулировали существующую ныне картину инфляции, в том числе чрезвычайно важную флуктуацию плотности, которая способствовала формированию галактик и, соответственно, нашему существованию. Окончательная картина сложилась несколько позже. Это происходило за десять лет до того, как космическая обсерватория COBE[11] в 1993 году обнаружила флуктуации на микроволновом небе, то есть теория обогнала практику.

Космология стала точной наукой десять лет спустя, в 2003 году, когда были получены первые результаты с космического аппарата WMAP[12]. Он дал замечательную картину температуры космического микроволнового неба, моментальный снимок Вселенной в десятки тысяч раз моложе её нынешнего состояния.[13] Видимые отклонения были предсказаны инфляцией, и они означают, что некоторые районы Вселенной обладают чуть большей плотностью, чем другие. Гравитационное притяжение в области повышенной плотности замедляет расширение в этом районе и может со временем привести к коллапсу, в результате которого появятся звёзды и галактики. Так что присматривайтесь внимательней к карте микроволнового неба. Это — схема строения Вселенной. Мы — продукт квантовой флуктуации на самой ранней стадии развития Вселенной. Бог действительно играет в кости.

Сегодня на смену аппарату WMAP пришёл космический телескоп «Планк», который создаёт карту Вселенной в гораздо более высоком разрешении. «Планк» основательно проверяет наши теории и может даже обнаружить следы гравитационных волн, которые тоже предсказаны инфляцией. Это будет небесный автограф квантовой гравитации.

Могут существовать другие Вселенные. M-теория говорит, что буквально из ничего может быть создано огромное количество Вселенных во множестве различных вероятных историй. У каждой Вселенной есть много возможных историй и множество возможных состояний в её настоящем возрасте и далее, в будущем. Большинство этих состояний не будут иметь ничего общего с той Вселенной, которую мы наблюдаем.

Есть надежда, что первые подтверждения гипотез M-теории мы увидим с помощью Большого адронного коллайдера (БАК), ускорителя заряженных частиц, который работает в ЦЕРНе, недалеко от Женевы. С позиции M-теории он работает при низких энергиях, но, если нам повезёт, мы увидим хотя бы первые намёки на то, что эта теория близка к правде, — например, обнаружим суперсимметрию. Думаю, обнаружение суперсимметричных партнёров известных частиц кардинально повлияет на наше понимание Вселенной.

В 2012 году было объявлено, что с помощью Большого адронного коллайдера обнаружена новая частица — так называемый бозон Хиггса. Это стало первым открытием новой элементарной частицы в XXI веке. Остаётся надежда, что БАК обнаружит и суперсимметрию. Но даже если он и не найдёт никаких новых элементарных частиц, суперсимметрия может быть обнаружена на новом поколении ускорителей.

Начало самой Вселенной в момент Большого взрыва — идеальная лаборатория высокой энергии для проверки M-теории и наших предположений о создании блоков пространства-времени и материи. На различных следах возникновения нынешней структуры Вселенной строятся различные теории, поэтому результаты астрофизических исследований могут нам кое-что подсказать об унификации всех сил природы. Так что другие Вселенные, может, и существуют, но, к сожалению, нам никогда не удастся исследовать их.