Всё из ничего: Как возникла Вселенная

Впрочем, все было не настолько драматично, как я пытаюсь представить. Еще до этих измерений кривизны Вселенной и до определения общей массы скоплений, о чем мы говорили в главе 2, были признаки, что привычная в тот момент теоретическая картина нашей Вселенной – где темного вещества достаточно, чтобы она была плоской (то есть в три раза больше, чем по нашим нынешним данным), – попросту не соответствует наблюдениям. В далеком 1995 г. мы с коллегой Майклом Тёрнером из Чикагского университета написали еретическую статью, где предположили, что конвенциональная картина Вселенной не может быть верна и что единственный вариант, который может соответствовать и плоской Вселенной (эта теория нам с самого начала нравилась больше всех), и наблюдениям скоплений галактик и их внутренней динамики, выглядит куда более причудливым и восходит к отчаянной теоретической идее, которую высказал Альберт Эйнштейн еще в 1917 г., чтобы разрешить видимое противоречие между предсказаниями своей теории гравитации и стационарной Вселенной, в которой, как он полагал, мы живем, – идее, от которой он впоследствии отказался.

Помнится, основным стимулом для нас в то время было скорее показать, что преобладающие взгляды ошибочны, чем предложить какое-то конкретное решение проблемы. Наше предположение казалось настолько безумным, что мы сами сильнее всех удивились, когда прошло всего три года – и оказалось, что наша еретическая теория верна!

Вернемся в 1917 г. Вспомним, что Эйнштейн разработал ОТО и у него возникло «учащенное сердцебиение» от радости, когда он обнаружил, что сумел объяснить прецессию перигелия Меркурия. Однако ему нужно было что-то сделать с тем фактом, что его теория не могла объяснить модель стационарной Вселенной, которую он тогда полагал верной.

Если бы Эйнштейн был больше убежден в своей правоте, то, вероятно, пришел бы к выводу, что Вселенная не может быть статичной, но он не стал этого делать. Вместо этого Эйнштейн заметил, что можно внести в теорию маленькую поправку, которая бы полностью соответствовала математическим аргументам, натолкнувшим его на разработку ОТО, и при этом, казалось, допускала существование стационарной Вселенной.

Несмотря на сложность конкретных деталей, общая структура уравнений ОТО по Эйнштейну более или менее проста. Левая часть уравнения описывает кривизну Вселенной, а следовательно, и силы гравитации, которые действуют на вещество и излучение. Они определяются величиной в правой части уравнения, которая отражает общую плотность энергии и материи всех типов, какие только существуют во Вселенной.

Эйнштейн обнаружил, что можно добавить в левую часть уравнений небольшое постоянное слагаемое, которое бы представляло очень слабую неизменную отталкивающую силу, действующую по всему пространству в дополнение к привычному гравитационному притяжению между всеми телами, слабеющему с увеличением расстояния. Если эта сила достаточно мала, то ее невозможно зарегистрировать ни на привычных человеку масштабах, ни даже в масштабе Солнечной системы, где, судя по наблюдениям, так прекрасно действует закон всемирного тяготения Ньютона. Однако Эйнштейн рассудил, что если эта постоянная сила действует по всему пространству, то в масштабах галактики она накапливается и, вероятно, способна противостоять силе притяжения между очень далекими телами. Отсюда он заключил, что в результате Вселенная может быть стационарна на самых крупных масштабах.

Эйнштейн назвал это дополнительное слагаемое космологическим членом, но, поскольку это всего лишь постоянная добавка, в наши дни принято называть этот член космологической постоянной.

Когда же Эйнштейн узнал, что Вселенная на самом деле расширяется, то отказался от этого слагаемого и даже, как говорят, назвал решение ввести его в уравнения своим «величайшим заблуждением».

Однако избавиться от космологической постоянной оказалось непросто. Это как пытаться затолкать зубную пасту обратно в тюбик. А все потому, что теперь у нас совершенно иное представление о космологической постоянной, и, если бы Эйнштейн не ввел ее, наверняка за минувшие десятилетия это сделал бы кто-нибудь другой.

Перенести слагаемое Эйнштейна из левой части уравнений в правую – это маленький шаг для математика, но огромный скачок для физика. С математической точки зрения это тривиально, но стоит перенести это слагаемое в правую часть уравнения, где находятся все члены, отвечающие за энергию во Вселенной, и оно с физической точки зрения станет обозначать нечто совсем другое, а именно новую составляющую общей энергии. Но что же может представлять это слагаемое?

Ответ прост: ничто.