О происхождении времени. Последняя теория Стивена Хокинга

Возьмем сам факт существования материальных частиц. В наблюдаемой Вселенной содержится около 10⁵⁰ тонн вещества, но почти отсутствует антивещество. Это еще одна благоприятная для жизни особенность – ведь если бы в расширяющейся Вселенной было одинаковое количество вещества и антивещества, все частицы очень быстро должны были бы аннигилировать с античастицами. Произошла бы невероятной силы вспышка высокоэнергетического гамма-излучения, а вещество бы исчезло. Но ведь когда в Большом коллайдере происходят высокоэнергетические столкновения с образованием вещества, образуется такое же количество антивещества. Как же вышло, что при огненном рождении Вселенной образовался избыток вещества в 10⁵⁰ тонн? Что-то в условиях сверхгорячего Большого взрыва должно было нарушить симметрию между веществом и антивеществом – и это «что-то» чуть больше благоприятствовало созданию частиц, а не античастиц.

Такие гипотетические механизмы нарушения симметрии и ассоциированные с ними поля, напоминающие поле Хиггса, составляют группу расширений Стандартной модели, известных под именем Теорий великого объединения (ТВО), потому что они связывают электрослабые силы с сильным ядерным взаимодействием в рамках фундаментальной объединяющей схемы. По сути, ТВО определяются в основном своими видами симметрий. Эта стратегия восходит к Эйнштейну, который в 1905 году положил в основание своей частной теории относительности пространства-времени принцип симметрии, связывающей пространство и время. Лоренц ворчал, что Эйнштейн попросту принял как предположение то, что он сам и другие пытались вывести логически. Но история оказалась на стороне Эйнштейна. С эйнштейновских времен абстрактные математические симметрии стали повсеместно приниматься в качестве законного основания физических теорий.

В космологической перспективе ТВО предсказывают, что, если мы вернемся к исключительно высоким температурам, во много миллиардов раз превышающим температуру в ядре Солнца, то окажется, что электрослабое и сильное ядерные взаимодействия будут в сущности одной и той же силой и что вещество и антивещество будут идеально симметричны друг другу. Однако типичные ТВО допускают, что в пределах этой унификации возможна малая степень смешения между составляющими силами. Одним из следствий этого смешения было бы то, что позитрон, античастица электрона, мог превращаться в протон – обычную частицу, не «анти». Несмотря на то что такие превращения случались исключительно редко, в результате мог бы образоваться небольшой избыток вещества над антивеществом, что при одном из переходов в ходе остывания Вселенной нарушило бы первичную симметрию ТВО. В рамках этого сценария в плотном первичном газе после этого все антивещество проаннигилировало бы с веществом, затопив Вселенную высокоэнергетическими фотонами. Но малая часть исходного вещества – не более одной части на миллиард – все же сохранилась бы. Вот этот почти случайный довесок и был теми 10⁵⁰ тоннами вещества, из которых сделан весь нынешний мир, включая нас с вами. А фотоны, превратившись в холодный и слабый остаток величайшего события аннигиляции в истории Вселенной, сегодня составляют микроволновое космическое фоновое излучение.

Очевидно, что Теории великого объединения проработаны далеко не так хорошо, как Стандартная модель. Ошеломляющие масштабы энергий, при которых проявляются основные симметрии, оставляют далеко позади даже огромные энергии, достигаемые на БАК. И наши весьма ограниченные космологические наблюдения свидетельств той далекой эры не позволяют определить, которая из многих возможных ТВО действительно описывает сверхгорячий Большой взрыв. Но если широко понимаемые принципы симметрии, на которых основаны эти теории, окажутся верны, то мы можем рассчитывать, что некоторые наиболее фундаментальные свойства физического мира, такие как существование массы и вещества, являются не первичными математическими истинами, но результатом ряда нарушающих симметрию переходов, постепенно трансформировавших первичную симметрию в основание будущей сложности мира.

Можно зайти и еще дальше. В 1974 году физики Юлиус Весс и Бруно Зумино предположили, что может существовать еще более общая симметрия, которая связывает друг с другом не только различные силовые поля, но и силовые поля с полями вещества. Они назвали ее суперсимметрией. Если идея суперсимметрии получит подтверждение, то может оказаться, что даже само различие между силовыми частицами и частицами вещества тоже зародилось в серии переходов, подобных тем, что происходили в поле Хиггса. Эти переходы, возможно, нарушали исходную суперсимметрию, попутно генерируя частицы темной материи, подчиняющиеся дополнительным силам, которые лежали за гранью знакомой нам четверки.