В поисках кота Шредингера. Квантовая физика и реальность

Мне особенно нравится эта идея, потому что в 1970-х годах я принимал участие в становлении ее современной формы. Истоки идеи можно проследить до физика XIX века Людвига Больцмана, который был одним из основателей современной термодинамики и статистической механики. Больцман предположил, что, раз Вселенная должна пребывать в состоянии термодинамического равновесия, но явно это не видно, ее современное состояние может быть результатом временного отклонения от равновесия, разрешенного статистическими законами, при условии, что в долгосрочной перспективе равновесие в среднем поддерживается. Вероятность того, что такая флуктуация произойдет в масштабах видимой Вселенной, очень мала, но если бы Вселенная в течение бесконечного времени существовала в неизменном состоянии, появлялась бы виртуальная уверенность в том, что нечто подобное в итоге должно случиться, и, так как только отклонение от равновесия позволяет существование жизни, неудивительно, что мы появились как раз в тот редкий момент, когда Вселенная отклонилась от равновесия.

Идеи Больцмана не получили поддержки, но вариации на эту тему время от времени появлялись. В 1971 году появилась вариация, которая заинтересовала меня и о которой я написал в Nature[83]. Она заключается в том, что есть вероятность того, что Вселенная рождается в огне, расширяется, а затем сжимается в ничто. Через два года Эдвард Трайон из Нью-Йоркского университета прислал в Nature статью, в которой развивал идею о том, что Большой взрыв является флуктуацией вакуума, но в сопроводительном письме указал мою анонимную статью в качестве отправной точки для своих рассуждений[84]. Поэтому меня особенно интересует именно эта космологическая модель, хотя, конечно, своим появлением современная идея Вселенной как флуктуации вакуума всецело обязана Трайону. Больше никто об этом и не думал, но, как он заметил в те дни, если Вселенная обладает нулевой чистой энергией, то количество времени, которому она позволит существовать, соответствует формуле:

ΔEΔt = Δħ,

и может быть действительно очень большим. «Я не утверждаю, что вселенные, подобные нашей, встречаются часто, я лишь говорю, что ожидаемая частота не равна нулю, – заметил он. – Однако логика ситуации требует, чтобы наблюдатели всегда оказывались во вселенных, способных творить жизнь, а эти вселенные впечатляюще велики».

Десять лет на эту идею никто не обращал внимания, но в 1980-х годах люди начали воспринимать эту новую версию всерьез. Несмотря на изначальные надежды Трайона, расчеты показывали, что любая новая «квантовая вселенная», сформированная в качестве флуктуации вакуума, в действительности будет крошечным и краткосрочным феноменом, занимающим малый объем пространства-времени. Но затем космологи нашли способ, благодаря которому эта миниатюрная вселенная могла расцветать и существенно расширяться, и это расширение позволяло ей вырасти до размеров нашей Вселенной всего за мгновение. Слово «инфляция» в середине 1980-х годов стало одним из самых популярных в космологии, ведь именно инфляция объясняет, как миниатюрная вакуумная вселенная может вырасти до размеров Вселенной, в которой живем мы.

Инфляция и Вселенная

Космологов уже интересовали любые дополнительные частицы, которые могут существовать во Вселенной, ведь они всегда находятся в поисках «недостающей массы», необходимой, чтобы Вселенная стала замкнутой. Гравитино, каждое из которых весит примерно 1000 эВ, могут быть особенно полезны – помимо того, что они могут помочь замкнуть Вселенную, в соответствии с уравнениями, которые описывают расширение Вселенной после Большого взрыва, наличия этих частиц как раз достаточно, чтобы сформировать сгустки материи размером с галактики. Нейтрино с массой около 10 эВ как раз подходят, чтобы запустить рост этих сгустков материи до размера скоплений галактик, и так далее. Но космологи еще сильнее заинтересовались физикой частиц, поскольку последняя трактовка нарушения симметрии предполагает, что сама нарушенная симметрия могла быть движущей силой, которая прорвала наш пространственно-временной пузырь и способствовала его расширению.