Тайны пространства и времени

Классическая физика рассматривала Вселенную как гигантский часовой механизм. Новая квантовая физика раз рушила эту лапласовскую схему. На атомном уровне материя и ее движение неопределенны и непредсказуемы. Разумеется, и атомный мир не свободен полностью от причинности, но она проявляется здесь неоднозначным образом. Главная особенность «квантового поведения», которая лежит в основе материи, – утрата строгих причинно-следственных связей.

Применима ли, однако, квантовая физика ко Вселенной? И если применима, то в каких пределах? Во всяком случае, ранняя Вселенная была ограничена весьма малыми размерами! Имеющиеся в распоряжении, современной физики и астрофизики данные говорят, что квантовые законы с момента начала расширения – в так называемую эру Планка – до 10^-43 с. играли определенную роль. И действие этих законов следует принимать во внимание вплоть до 10^-32 с. с момента начала инфляции.

Как считают некоторые теоретики, именно между этими двумя «эпохами» существовал момент времени, когда возникла наша Вселенная. По словам С. Ноуммена, именно в этот момент и совершился «квантовый скачок» из «ничего» во «время». Современное «пространство-время» есть не что иное, как реликт той эпохи.

Но откуда взялась энергия, необходимая для инфляционного расширения? Ведь существует закон сохранения энергии, а энергия начальной Вселенной была равна нулю. Но дело в том, что закон сохранения энергии в его обычной форме к инфляционной Вселенной неприменим. Сам процесс инфляционного расширения формирует возрастание энергии вакуума. И лишь квантовый распад ложного вакуума положил предел этому процессу.

Существует притча о мальчике, вытянувшем себя из болота за шнурки собственных ботинок. Самосоздающаяся Вселенная очень напоминает этого мальчика – она вытянула себя за «собственные шнурки». Этот процесс получил название «бутстрэпа». Благодаря своей природе Вселенная возбудила в себе всю энергию, которая была необходима для «создания» и «оживления» материи, а также инициировала породивший ее взрыв. Этому космическому «бутстрэпу» мы и обязаны своим существованием.

Однако остается самый главный вопрос: что существовало и что происходило до инфляции? Иными словами, каким образом пространство и ложный вакуум могли возникнуть «из ничего»? По существу, идея космического «бутстрэпа» близка к теологической концепции сотворения мира из ничего сверхъестественной силой.

Возможно, предшествовавшее инфляции состояние ложного вакуума оказалось предпочтительнее благодаря характерным для него экстремальным условиям. Но Вселенная так или иначе реально возникла, и квантовая физика представляет собой единственную область современной науки, которая позволяет рассматривать события, происходящие без видимых причин.

А откуда взялось само пустое пространство? Если, согласно квантовой теории, «из ничего» могут рождаться частицы, то не может ли аналогичным образом рождаться «из ничего» и пространство? В частности, расширение современной Вселенной есть не что иное, как разбухание пространства. С каждым днем наша Вселенная увеличивается на 10¹⁸ кубических световых лет.

Согласно новой космологии, начальное состояние космоса вообще не играло никакой роли, так как вся информация о нем полностью «стерлась» в ходе инфляции. Наблюдаемая нами Вселенная несет на себе лишь отпечатки тех физических процессов, которые происходили с момента ее начала. Тысячелетиями люди считали, что «из ничего не родится ничто». Сегодня же можно утверждать, что «из ничего произошло все»!

Если бы мы жили в воображаемом мире, в котором те или иные объекты время от времени возникают «ниоткуда», то, видимо, идею возникновения «из ничего» и самой Вселенной мы воспринимали бы как нечто вполне возможное. Но, между прочим, подобный воображаемый мир не так уж сильно отличается от нашего реального мира. Если бы мы обладали способностью воспринимать поведение атомов и других микрообъектов не с помощью специальных приборов, а непосредственно с помощью собственных органов чувств, нам бы довольно часто приходилось наблюдать объекты, которые появляются или исчезают без видимых причин.

Так, например, в очень сильных электрических полях при критическом значении напряженности начинают, как мы уже отмечали, «из ничего» возникать электроны и позитроны. Значение напряженности, близкое к критическому, существует возле ядра атома урана, состоящего из 92 протонов. А если бы существовал химический элемент, в ядре атома которого содержалось 200 протонов, то вблизи такого ядра происходило бы спонтанное рождение электронов и позитронов. Это особый вид радиоактивности, когда распад испытывает пустое пространство – физический вакуум.

Аналогичные процессы происходят вблизи поверхности черных дыр, где гравитация столь сильна, что пространство вокруг буквально кишит непрерывно рождающимися частицами. Это явление, получившее название «излучения черных дыр», было теоретически открыто Стивеном Хокингом.