Всё из ничего: Как возникла Вселенная

1. Если эти частицы были порождены Большим взрывом, как и легкие элементы, о которых я уже писал, мы наверняка можем опереться на наши знания о силах, определяющих взаимодействия элементарных частиц (а не ядер, взаимодействия между которыми важны при определении распространенности химических элементов), чтобы оценить количество возможных экзотических новых частиц в сегодняшней Вселенной.

2. Может быть, удастся вывести общее количество темного вещества во Вселенной на основании теоретических идей в физике элементарных частиц либо предложить новые эксперименты по обнаружению темного вещества; и то и другое покажет, сколько имеется вещества в целом, а следовательно, какова геометрия нашей Вселенной. Задача физики – не изобретать то, чего мы не видим, чтобы объяснить то, что мы видим, а разобраться, как увидеть то, чего мы не можем видеть, – увидеть то, что раньше было невидимым, то есть известное неизвестное. Каждый новый кандидат на темное вещество из числа элементарных частиц подразумевает новые эксперименты, которые позволили бы непосредственно зарегистрировать частицы темного вещества в их шествии через Галактику: надо построить на Земле приборы, которые бы регистрировали такие частицы, когда Земля пересекает их путь в космосе. Если частицы темного вещества пронизывают всю Галактику рассеянными потоками, значит, они уже здесь, вокруг нас, их присутствие могут выявить наземные детекторы, и можно не высматривать в телескопы далекие объекты.

3. Если мы сумеем определить природу темного вещества и его количество, то, пожалуй, сможем предсказать, каков будет конец Вселенной.

Последний пункт, наверное, самый интересный, поэтому начну с него. Честно говоря, я на самом деле пошел в космологию потому, что хотел стать первым, кто узнает, чем кончится история Вселенной.

Тогда это казалось отличной идеей.

Главной идеей общей теории относительности Эйнштейна было предположение о том, что в присутствии вещества или энергии пространство искривляется. Эта теоретическая идея перестала быть чистой спекуляцией в 1919 г., когда две экспедиции пронаблюдали, как свет звезд огибает Солнце во время солнечного затмения в точности в той степени, в какой должен был, если присутствие Солнца искривляет пространство по Эйнштейну. Автор теории практически мгновенно прославился – и теперь его имя знают все. (Правда, большинство считает, будто известность ему принесло уравнение E = mc², полученное на 15 лет раньше, но это лишь распространенное заблуждение.)

Так вот, если пространство потенциально искривлено, то геометрия всей нашей Вселенной становится гораздо интереснее. В зависимости от общего количества вещества во Вселенной она может существовать в геометрии каждого из трех типов – речь идет о так называемых открытой, замкнутой и плоской моделях Вселенной.

Вообразить, как именно выглядит искривленное трехмерное пространство, довольно трудно. Поскольку мы существа трехмерные, нам не легче интуитивно представить себе искривленное трехмерное пространство, чем двумерным героям знаменитой книги про Флатландию[12] вообразить, как выглядел бы их мир в глазах трехмерного наблюдателя, если бы, например, оказался искривлен наподобие поверхности сферы. Более того, если кривизна невелика, трудно представить себе, как ее можно обнаружить в повседневной жизни, – точно так же, как в Средние века многие были уверены, что Земля плоская, поскольку она выглядела плоской.

Представить себе искривленную трехмерную Вселенную, повторяю, довольно сложно. Вот, скажем, замкнутая Вселенная – это трехмерная сферическая поверхность в четырехмерном пространстве, что само по себе звучит устрашающе. Зато эти пространства в некотором смысле легко описать. Если в замкнутой Вселенной долго-долго смотреть в одном направлении, то в конце концов увидишь собственный затылок.

Хотя эти экзотические геометрии могут показаться чистым курьезом, а то и попыткой произвести впечатление в беседе, на практике из их существования проистекали бы намного более важные последствия. ОТО недвусмысленно утверждает, что замкнутая Вселенная, в которой плотность энергии определяется в основном веществом вроде звезд и галактик и в еще больше степени – экзотическим темным веществом, в один прекрасный день должна схлопнуться – в сущности, это будет процесс Большого взрыва наоборот, Большой хруст, если угодно. Открытая Вселенная будет и дальше расширяться с конечной скоростью, а плоская Вселенная занимает промежуточное положение: ее расширение будет замедляться, но никогда не остановится.