О происхождении времени. Последняя теория Стивена Хокинга

Рис. 34. Остро заточенный карандаш, поставленный торчком, благодаря симметрии гравитационного поля Земли будет какую-то долю секунды стоять вертикально. Однако это симметричное состояние неустойчиво – карандаш быстро упадет. Его конечное горизонтальное состояние устойчиво – но оно нарушает симметрию управляющего его движением гравитационного поля. Объединяющие теории физики частиц говорят нам, что подобным же образом в благоприятных для жизни законах физики отразилось состояние с нарушенной симметрией, которое постепенно и случайно оформилось и застыло при расширении и остывании Вселенной после горячего Большого взрыва.

Таким образом, если приложить картину, которую рисует Стандартная модель физики частиц, к «плавильному тиглю» горячего Большого взрыва, получается, что Вселенная не родилась с теми значениями масс частиц и сил, которые мы наблюдаем сейчас. Это свойства состояния с нарушенной симметрией, которое оформилось и «застыло», только когда расширилась и остыла Вселенная. И это глубокое прозрение. Оно говорит нам, что на самых ранних стадиях космического расширения некоторые основные структурные физические законы эволюционировали совместно со Вселенной, которой они управляли. Физики говорят, что известные нам законы физики частиц есть действующие законы – правила, которые соблюдаются только в мире относительно низких энергий и температур, возникшем через некоторое время после начала расширения Вселенной.

Замечательно в этих действующих законах физики частиц то, что мы можем открывать и использовать их, не заботясь или даже вообще ничего не зная о том, что происходит на более коротких расстояниях либо при более высоких энергиях, – до такой степени безукоризненно устроена иерархическая, вложенная структура Природы. Вы можете, например, описать макроскопическое поведение воды гидродинамическим уравнением, которое моделирует ее в виде однородного потока, не принимая при этом во внимание сложную динамику молекул H₂O. Или описать поведение пучка протонов и нейтронов при энергиях ниже гигаэлектронвольта в рамках упрощенной теории частиц, игнорирующей тот факт, что каждая из этих частиц состоит из трех кварков. Большая часть успеха физики прошлого основана на этом ясном разделении масштабов. И это служит нам настоящим сигналом предупреждения о степени затруднений, которые возникают, когда мы пытаемся включить в унифицированные рамки гравитацию и сталкиваемся с ограничениями, обусловленными этой вложенной структурой.

НА САМЫХ РАННИХ СТАДИЯХ КОСМИЧЕСКОГО РАСШИРЕНИЯ НЕКОТОРЫЕ ОСНОВНЫЕ СТРУКТУРНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ ЭВОЛЮЦИОНИРОВАЛИ СОВМЕСТНО СО ВСЕЛЕННОЙ, КОТОРОЙ ОНИ УПРАВЛЯЛИ.

Очевидно, что точная форма действующих законов, возникших на самом древнем уровне эволюции, глубоко скрытом в недрах горячего Большого взрыва, имеет самое фундаментальное значение. Представьте, что сгущающееся поле Хиггса приобрело бы немного другое значение напряженности. Тогда и массы частиц были бы другими. Но даже умеренные изменения их значений привели бы к далеко идущим последствиям – например, к невозможности существования устойчивых атомов. Тогда во Вселенной не было бы никакой химии – а значит, опять-таки, не было бы и жизни.

В границах Стандартной модели мы можем быть спокойны: чистый итог нарушающего симметрию преобразования хиггсовского поля универсален. Да, поле может соскользнуть по своей кривой распределения энергии разными способами, как карандаш на рис. 34 может упасть в любую сторону. Однако его общая напряженность, а следовательно и результирующие массы частиц, всегда придут к одним и тем же значениям. Но Стандартная модель – только часть физики частиц. Начнем с того, что она объединяет сильное и электрослабое взаимодействия лишь условно. Далее Стандартная модель не учитывает существования темной материи, составляющей 25 % общей массы и энергии сегодняшней Вселенной. А темная материя вполне может включать гораздо большее число видов частиц и сил. Наконец, Стандартная модель оставляет за бортом темную энергию и гравитацию – деформацию пространства-времени.

Все это означает, что, когда мы прослеживаем историю Вселенной до еще более ранних времен, остается простор для еще более унифицирующих видов простоты и симметрии. И хотя мы здесь оказываемся на более умозрительной территории, вполне вероятно, что механизм нарушения симметрии, вызывавший расщепление электрослабой силы в Стандартной модели, здесь действует в более общем виде. А значит, когда мы движемся в сторону более высоких температур и более ранних времен, знакомые нам действующие физические законы присутствуют все в меньшей и меньшей степени.