Почему существует наш мир? Экзистенциальный детектив

Возможность создания целой Вселенной из нулевой энергии поражает воображение. Во всяком случае, Эйнштейн был поражен, когда его коллега-физик Георгий Гамов рассказал ему об этой идее во время прогулки по Принстону. По воспоминаниям Гамова, «ошеломленный Эйнштейн встал как вкопанный, а поскольку мы как раз переходили дорогу, то несколько машин были вынуждены остановиться, чтобы нас не переехать»⁹¹.

С точки зрения квантовой механики Вселенная с нулевой энергией представляет собой интересную возможность, за которую и ухватился Трайон. Допустим, что полная энергия Вселенной точно равна нулю. Тогда, благодаря взаимосвязи в неопределенности между энергией и временем (как диктует принцип Гейзенберга), неопределенность во времени становится бесконечной. Другими словами, как только такая Вселенная возникнет из пустоты, то сможет существовать вечно, подобно займу бытия, который никогда не будет выплачен. Что же касается причины, по которой Вселенная возникла, то это просто квантовая вероятность. «В ответ на вопрос о том, почему это случилось, – написал Трайон позднее, – я могу выдвинуть скромное предположение, что наша Вселенная – это просто одно из тех явлений, которые случаются время от времени»⁹².

Является ли это примером сотворения из пустоты? Не совсем. В сценарии происхождения мира по Трайону энергия и материя действительно равны нулю и в этом смысле похожи на «получение Нечто из Ничто». Однако то состояние, из которого спонтанно возникла Вселенная, называется «квантовый вакуум», и оно совсем не похоже на философскую концепцию Ничто. Во-первых, это что-то вроде пустого пространства, а пространство – это не Ничто. К тому же оно на самом деле не пустое. Квантовый вакуум – это сложная математическая структура, которая изгибается и растягивается, как резина; она наполнена энергией полей, и в ней кипит активность виртуальных частиц. Квантовый вакуум – это физический объект, настоящий маленький протокосмос сам по себе.

Почему вообще существует такое явление, как квантовый вакуум? Как заметил физик Алан Гут: «Предположение, что Вселенная появилась из пустого пространства, выглядит не более фундаментальным, чем предположение, что Вселенная родилась из куска резины. Оно может быть верным, но все равно возникает вопрос о том, откуда взялся кусок резины»⁹³.

Видимо, ближе всех к решению «резиновой проблемы» подошел Александр Виленкин. Он родился на Украине, где после получения диплома физика работал ночным сторожем в зоопарке. В 1976 году Виленкин переехал в США и меньше чем за год получил степень доктора философии по физико-математическим наукам. Теперь он преподает в университете Тафтса возле Бостона, где также занимает должность директора Института космологии Тафтса. Виленкин известен тем, что на семинарах носит темные очки в стиле Анны Винтур, предположительно, из-за чувствительности глаз к свету.

Когда Виленкин говорит о возникновении Вселенной из «Ничто», он именно это и имеет в виду, как я узнал из разговора с ним несколько лет назад. «Ничто есть Ничто! – настаивал он с некоторой горячностью. – Это не просто отсутствие материи, это отсутствие пространства, отсутствие времени – полное отсутствие всего».

Но как может физик хотя бы определить состояние полной пустоты? И вот здесь Виленкин проявил изобретательность. Представьте себе пространство-время как поверхность сферы (такое пространство-время называется «замкнутым», потому что оно искривлено само в себя; оно ограниченно, хотя не имеет границ). Теперь предположим, что эта сфера сжимается, как воздушный шарик, из которого выпускают воздух. Радиус становится все меньше и меньше и со временем (попытайтесь это вообразить) превращается в ноль. Поверхность сферы полностью исчезает, а с ней и само пространство-время. Мы дошли до полной пустоты – и одновременно до точного определения пустоты: это замкнутое пространство с нулевым радиусом. Это и есть самая полная и совершенная пустота, которую можно описать научно. Она не только лишена какого-либо содержимого, в ней также нет ни координат, ни продолжительности.

С таким определением Виленкин сумел произвести интересные вычисления. Используя принципы квантовой механики, он показал, что из такого начального состояния пустоты может спонтанно появиться крохотный кусочек наполненного энергией вакуума. Насколько крохотный? Возможно, размером всего лишь в одну стотриллионную сантиментра. Однако оказывается, что этого вполне достаточно для космогонических целей. Под действием отрицательного давления «инфляции» этот кусочек энергетического вакуума испытает безудержное расширение. Через пару микросекунд он достигнет космических размеров, испустив поток света и материи – Большой взрыв!