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

Как я выяснила, у симметрии есть важное свойство, которое всегда необходимо иметь в виду – она имеет тенденцию нарушаться. Как объясняется в любой из прочитанных мной книг, карандаш, балансируя на кончике своего грифеля, обладает идеальной осевой симметрией – обходя его по окружности на 360o, мы будем видеть одно и то же. Но положение его очень неустойчиво. Хотя карандаш находится в равновесии, он в любой момент готов упасть, потому что существует состояние с более низкой энергией: состояние, в котором он принимает горизонтальное положение. Малейшего ветерка будет достаточно, чтобы опрокинуть его. И хотя любой угол, под которым он может упасть, имеет одни и те же шансы, карандаш выберет только один. Когда он перейдет в горизонтальное положение, исходная симметрия нарушится.

Один из способов нарушить симметрию – понизить температуру. Лужа воды обладает высокой симметрией. На нее можно смотреть под любым углом, и она выглядит всегда одинаково. Но если ее охладить, она замерзает, в ней образуются кристаллы льда, обладающие большей структурой и меньшей симметрией.

Как я выяснила, физики аналогично рассуждают о Вселенной. При высоких температурах Большого взрыва вакуум был симметричен. По мере расширения и остывания Вселенной ее структура застывала, подобно сложным формам виртуального глюонного поля. Со структурой пришла масса. С массой пришло все остальное. Мир, который мы видим вокруг нас, и люди, которых мы видим, не представляют собой ничего большего, чем осколки нарушенной симметрии. Осколки ничто.

Я взяла книгу «Тоска по гармонии» Фрэнка Вильчека, лауреата Нобелевской премии по физике за его выдающийся вклад в создание КХД. Он пояснял, что спонтанное нарушение симметрии возникает всегда, когда для одного состояния с более высоким уровнем энергии существует бесконечное множество одинаковых состояний вакуума – как континуум возможных горизонтальных положений, которые может принять падающий карандаш.

«Наиболее симметричное состояние Вселенной, как правило, получается наименее устойчивым, – писал он. – Можно предположить, что Вселенная образовалась в самом симметричном из возможных состояний и что в таком состоянии не существовало материи, Вселенная представляла собой очень пустой вакуум, лишенный как частиц, так и полей. Для нее доступно и другое состояние на более низком энергетическом уровне, в котором фоновые поля заполняют пространство. В конце концов, если не по какой-либо иной причине, то в результате квантовых флуктуаций возникает клочок пространства с менее симметричным состоянием поля, который, в силу благоприятной энергетики, начинает расти. Высвобождаемая при этом энергия расходуется на рождение частиц. Это событие может соответствовать Большому взрыву… Наш ответ на знаменитый вопрос Лейбница „почему существует нечто, а не ничто?“ звучит так: „ничто неустойчиво“».

Но симметрия в действительности не нарушена, говорит Вильчек. Она просто скрыта. Вы всегда можете отыскать ее снова, если достаточно внимательно поглядите, скажем, на фундаментальные уравнения или внутрь файербола.

Наблюдение кварк-глюонной плазмы на RHIC свидетельствовало в пользу того, что в исходном состоянии вакуум был более симметричным. Но все же вакуум оказался более упругим, чем кто-либо ожидал. Слитное, как у жидкости, поведение кварков проявляло, скорее, какую-то остаточную асимметрию, а не свободное хаотичное движение частиц в газе. Чтобы достичь ничто, физики вставали перед необходимостью расплавить вакуум еще больше.

Когда я брала интервью у разных физиков, я обнаружила, что никто, казалось, не знает, что делать с этим неожиданным результатом. Но когда я искала в интернете, я наткнулась на незнакомое понятие – «AdS/CFT соответствие», с помощью которого можно было объяснить наблюдение ультражидкой плазмы. У меня не было достаточно времени, чтобы выяснить, что конкретно под этим имелось в виду, и не хватило места в статье, чтобы упомянуть о нем, но я записала в моем блокноте, чтобы потом не забывать: «Разобраться с AdS/CFT соответствием… что-то из области теории струн… объясняет жидкий файербол?»

Я написала статью и отправила ее в журнал незадолго до истечения срока. Но идея Вильчека о том, что ничто нестабильно, не выходила из моей головы. Это была какая-то удивительная мысль, и она обещала прояснить ужасно много чего. Мы с отцом провели много времени, размышляя над тем, почему ничто – бесконечное однородное и неограниченное состояние – когда-либо изменяется. С какой стати что-то совершенно однородное, абсолютно симметричное должно когда-нибудь начать разрушаться? Почему оно когда-нибудь должно стать Вселенной? Вильчек, казалось, дал на это ответ. Ничто было нестабильным. Эта загадка Вселенной решена.