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

Когда на конференции был объявлен перерыв на обед, все направились к выходу. Обед не был предусмотрен организаторами конференции, и поэтому мы самостоятельно выбирали себе место, где можно было перекусить. Я заметила Лизу Рэндалл, физика из Гарвардского университета – она стояла одна и, скорее всего, ждала кого-то, поэтому я подошла к ней и представилась. В своем выступлении Рэндалл обсуждала происхождение таинственного инфлатонного поля, и я была рада услышать об этом, так как сама размышляла на ту же тему. Инфлатонное поле в состоянии ложного вакуума отвечало за начало инфляции и образование большой, равномерно заполненной звездами Вселенной, которую мы знаем и любим. Но что же породило сами инфлатоны? Какие-то другие таинственные поля? А что породило в свою очередь их? Это как башня из черепах? Я собиралась задать ей эти вопросы, но в этот момент к нам подошли еще несколько физиков со словами:

– Мы нашли ресторан. Пошли обедать!

Они, казалось, обращались и ко мне тоже – или, по крайней мере, они никак не дали мне понять, что не хотят видеть меня в их компании, и я восприняла это как приглашение.

Так я увязалась за ними и вскоре очутилась за длинным столом в простом итальянском ресторанчике в компании с сэром Мартином Рисом из Королевского астрономического общества Великобритании, Дэвидом Шпергелем, физиком из Принстона, сыгравшим ключевую роль в анализе данных WMAP, Рэндалл и несколькими первостатейными журналистами.

Мы с Лизой Рэндалл в Калифорнийском университете в Дейвисе.

Фото: Д. Фальк.

После того как каждый сделал свой заказ, зазвучало страшное слово на А – страшное, но неизбежное сегодня, учитывая его способность объяснить необъяснимое.

Например, темную энергию. Физики знали из наблюдений сверхновых, а теперь – и из данных WMAP, что плотность темной энергии чрезвычайно мала, всего 10^–23 граммов на кубический метр пространства – едва слышимый шепот в темной пустоте, но шепот, который на больших расстояниях превращается в явственный вой.

Это происходит потому, что темная энергия, скорее всего, внутреннее свойство пустого пространства самого по себе, «космологическая константа», как окрестил ее Эйнштейн. Ее сила заключается в самом постоянстве – по мере того как пространство расширяется, все, содержащееся в нем, становится менее плотным, – кроме темной энергии, чья плотность остается постоянной. Больше пространства – больше темной энергии: своеобразная разновидность положительной обратной связи.

Вы можете подумать, что физики способны предсказать наблюдаемую плотность темной энергии, учитывая все, что они уже знают о квантовом вакууме. Действительно, квантовая теория поля предоставляет все необходимые инструменты, чтобы рассчитать энергию вакуума. К сожалению, теория здесь дает абсолютно неверный ответ. Согласно теории, плотность энергии вакуума должна быть бесконечной. Ясно, что она не может иметь бесконечное значение, иначе мы все были бы разорваны в клочья быстро расширяющимся пространством. Поскольку предметы вокруг нас не разрушаются спонтанно, вакуум должен быть достаточно безопасным их местонахождением, по крайней мере на атомных и даже несколько больших масштабах. Так что если она не бесконечна, решили физики, то должна быть равна нулю.

На первый взгляд, это звучит немного странно, но ноль и бесконечность больше похожи друг на друга, чем вы думаете. Они представляют собой два наиболее простых и элегантных результата численных расчетов. Теория, которая предполагает, что некоторое число должно быть равно нулю или бесконечности, гораздо более элегантна, чем та, которая дает, например, число 3,746. Конечные числа могут показаться довольно случайными. Так что если исключить бесконечность, то следующим наилучшим выбором должен быть ноль. Физики предположили, что вакуум может обладать некоторым свойством с положительной и отрицательной составляющими в равных количествах, дающими в сумме идеальный ноль.

Но это было до того момента, как астрофизики поменяли карандаши на телескопы и фактически измерили значение темной энергии, обнаружив, что оно равно почти нулю, но не совсем. Это был худший сценарий: маленькое, но конечное число. Чтобы получить правильное значение, необходим какой-то механизм, который берет бесконечности из квантовой теории поля, сокращает их до 120 десятичных знаков, а затем чудесным образом останавливается, оставляя в результате мизерное значение. Мизерное значение, которое управляет всей Вселенной.