Вселенная. Путешествие во времени и пространстве

О, если бы писали мы
О том лишь, что доподлинно известно, —
Подумайте, о трезвые умы,
Как было бы читать неинтересно!

Леонид Мартынов

И все-таки откуда же взялся начальный элемент — пузырек высокоэнергичного вакуума, породивший Вселенную? И где он возник — возможно, в какой-то другой вселенной, предшествовавшей нашей? И где сейчас находится та самая родительская вселенная, в которой образовался этот пузырек — зародыш нашей Вселенной? И не может ли в нашей Вселенной снова образоваться такой же кусочек энергичного вакуума, чтобы породить очередную новую вселенную[72]?

Если опять-таки говорить честно, ответ на все эти вопросы один: нам это неизвестно. Однако некоторые соображения по этому поводу можно кратко обсудить.

Как ни странно, для физиков механизм появления элемента высокоэнергичного вакуума — это не очень сложный вопрос. Мы уже знаем, что не существует абсолютной пустоты. То, что нам кажется пустотой, — это на самом деле физический вакуум, некая среда, непременно содержащая энергию. Законы квантовой механики утверждают, что эта энергия может спонтанно (случайно, неожиданно) трансформироваться в другие формы материи.

В любой точке пространства-времени (в комнате читателя в том числе, и даже внутри самого читателя) постоянно происходят удивительные процессы. Если бы мы могли построить микроскоп, позволяющий рассматривать мир с увеличением в миллиард раз, мы бы увидели, как в любой точке пространства все время возникают и исчезают элементарные частицы, крошечные кусочки вещества. В среднем энергия любого выбранного элемента объема пространства-времени не меняется: это значит, что энергия вакуума постоянно приводит к появлению пар элементарных частиц — например, электрона и позитрона, которые спустя мгновения аннигилируют, превращаясь в порцию (квант) электромагнитного излучения, то есть в фотон. Физики называют такие рождающиеся и тут же исчезающие частицы виртуальными — в отличие от стабильных частиц, из которых состоит привычное нам вещество. Но, например, если мы создадим очень сильное электромагнитное поле, оно сможет успеть разделить, развести на большое расстояние только что появившиеся виртуальные частицы, и тогда они не смогут аннигилировать, а значит, останутся существовать в нашем мире[73]! Нам будет казаться, что частицы возникли из ничего, хотя можно интерпретировать этот процесс и так: на возникновение частиц ушла энергия приложенного сильного электромагнитного поля.

В этом постоянно бурлящем и кипящем квантовом микромире вакуума непрерывно рождаются и гибнут виртуальные частицы разного типа. Энергия специфического поля могла ­однажды породить частицу материи, которую мы связываем с высокоэнергичным вакуумом. Этого достаточно: натяжение вакуума должно привести к разворачиванию спрятанного в нем собственного скрученного зародыша пространства-времени, а значит, стремительному расширению новой вселенной. Такое событие возможно, хотя и маловероятно: поэтому (наверное) оно и не повторяется каждую субботу.

Откуда же в крошечном фрагменте материи столько энергии, чтобы в процессе последующей трансформации в вещество (Большого взрыва) ее хватило бы наформирование громадного количества частиц и полей?

Для того, чтобы попытаться ответить на этот вопрос, можно вспомнить следующий пример. В нашей Вселенной уже открыты удивительные объекты, которые мы называем черными дырами. Их размеры очень невелики, но их масса (а значит, и запас энергии, согласно формуле Эйнштейна) громадна. Сила тяготения когда-то проделала гигантскую работу, чтобы собрать, притянуть, сблизить, объединить, упаковать огромное количество материи в виде вещества и излучения в микроскопический объем черной дыры, а значит, «закачать» туда огромную энергию. Этой энергии оказывается достаточно, чтобы сначала искривить, а затем порвать в этом месте ткань пространства-времени нашей Вселенной.

Черная дыра М87. Первое изображение черной дыры, выполненное путем обработки результатов наблюдений множества телескопов в радиодиапазоне, было представлено общественности в апреле 2019 года. Черная дыра невидима, но оказалось возможным определить форму облака вещества, которое вращается вокруг черной дыры.

В центре яркого кольцеобразного пятна находится темный круг — так выглядит черная дыра.

Теория относительности утверждает, что бессмертный наблюдатель, падающий в черную дыру снаружи, с точки зрения другого (внешнего) наблюдателя за пределами черной дыры, будет падать туда бесконечно долго, хотя для внешнего наблюдателя размеры черной дыры мизерны. И правда: расстояние, равное ее внешнему размеру, совсем невелико, и такой же путь можно было бы преодолеть очень быстро, если бы пространство-время не было искривлено.