Вселенная. Емкие ответы на непостижимые вопросы

Надеюсь, я убедил вас, что Большой адронный коллайдер не только самый мощный в мире микроскоп для изучения того, что происходит в самых глубинах вещества. В некотором смысле это еще и невероятно мощный телескоп, способный заглянуть в далекое прошлое, в те времена, когда вселенная была еще очень, очень молода и, в отличие от телескопов, смотрела далеко в будущее.

Стивен Хокинг Квантовое создание вселенной

Я хочу поговорить о вселенной как о голограмме. Предполагаю, вы знаете, что голограмма – это представление трехмерного объекта на двумерной поверхности, такой как фотографическая пластинка. Меня предположительно изобразили голограммой в раннем эпизоде сериала «Звездный Путь: Новое Поколение». Я говорю «предположительно», потому что, хотя я и казался трехмерным на экранах звездолета «Энтерпрайз», телевизионные экраны того времени не были способны – и все еще неспособны – воспроизводить трехмерные голографические изображения. Это будет следующей технологической революцией. В том эпизоде я играл в покер с Исааком Ньютоном, Альбертом Эйнштейном и командующим Дейта. Посмотрим, что случилось. Из-за «красной угрозы» я не мог снять свой выигрыш в 140 федеральных кредитов. Я обратился в студию Paramount, но они не знали обменного курса.

Возвращаясь к вселенной. Ее история – это история трехмерного объекта, развивающегося во времени, так что он существует в четырех измерениях. Следовательно, он может быть представлен как голограмма на трехмерной поверхности. Можно подумать, что это должна быть поверхность с двумя пространственными измерениями и одним временным. Некоторое время назад я предложил, чтобы время трактовалось так же, как и направления в пространстве. Это можно сделать, введя мнимую временную координату, тау = i t.

Это называется Эвклидовым подходом, потому что при этом метрика пространства-времени становится положительной и определенной, как и метрика Эвклидова пространства. Сначала такой подход встретил массированное сопротивление, но сейчас это принимается как лучший метод понимания квантовой гравитации. Если время ведет себя как еще одно направление в пространстве, то четырехмерная история вселенной до настоящего времени – это четырехмерный диск радиусом, равным возрасту вселенной. История вселенной может быть представлена в виде голограммы на краях этого диска, которые в настоящее время представляют собой трехмерную поверхность. Другими словами, история вселенной закодирована в настоящем времени, что, может быть, и не так удивительно.

«Что Бог делал прежде, чем он сотворил вселенную? Он готовил ад для людей, которые задают такие вопросы». Блаженный Августин (Аврелий Августин Иппонийский)[4].

В начале 1960-х шли большие дебаты касательно того, имела ли вселенная начало конечное время тому назад. Если да, то появлялся очевидный вопрос – а что было до появления вселенной? Как шутка. Альтернативная теория гласила, что вселенная существовала всегда, как верил Аристотель, поскольку нечто вечное более совершенно и поскольку это позволяло избежать неловких вопросов про творение.

Чтобы избежать начала вселенной, на котором ломалась физика, Хойл, Бонди и Голд предложили теорию устойчивого состояния. Согласно этой теории, вселенная существовала всегда, а чтобы ее плотность не менялась, вещество постоянно создается, по мере того, как она расширяется. Теория устойчивого состояния никогда не дружила с наблюдениями, но последний гвоздь в крышку ее гроба вбило обнаружение слабого микроволнового фона. Эти микроволны такие же, что в вашей микроволновой печи, но намного менее мощные. Они нагреют вашу пиццу только до –271,3 °C, и этого не хватит даже чтобы разморозить ее, не говоря уже о том, чтобы приготовить.

Между тем вы можете сами наблюдать эти микроволны. Включите аналоговый телевизор на пустой канал. Некоторый процент «снега» на экране будет вызван как раз этими фоновыми микроволнами. Теория устойчивого состояния никак не могла объяснить такой фон. Единственная разумная интерпретация состоит в том, что это излучение, оставшееся от раннего, очень горячего и плотного состояния вселенной. По мере расширения вселенной, это излучение остывало, пока не превратилось в слабый фон, который мы наблюдаем сейчас.

В теории устойчивого состояния было поле отрицательной энергии, что противоречит физике частиц, потому что это привело бы к безостановочному производству пар частиц с положительной и отрицательной энергией. Предполагая, что все поля имеют положительную плотность энергии, Роджер Пенроуз и я доказали, что если классическая общая теория относительности верна и имеют место определенные физически разумные условия, вселенная должна была начаться с сингулярности.