Всё из ничего: Как возникла Вселенная

Эйнштейн как-то задал один вопрос и добавил, что это единственное, что ему по-настоящему хочется знать о природе. Признаться, это очень глубокий и фундаментальный вопрос – по-моему, ответ на него хотелось бы знать многим из нас: «Интересно, был ли у Бога [sic] какой-то выбор, когда он создавал Вселенную?»

Я привожу здесь это высказывание, поскольку бог Эйнштейна – это не библейский Бог. То, что во Вселенной есть порядок, так восхищало и поражало Эйнштейна, что он чувствовал к этому порядку духовную тягу, которую по примеру Спинозы назвал удобным словечком «бог». Так или иначе на самом деле Эйнштейн хотел спросить именно о том, что я неоднократно упоминал в контексте нескольких разных тем: уникальны ли законы природы? И уникальна ли Вселенная, в которой мы живем и которая является следствием этих законов? Если изменить одну крошечную черточку, одну постоянную, одно взаимодействие – совсем чуть-чуть, – рухнет ли все строение? Уникальна ли биохимия жизни в биологическом смысле? Уникальны ли мы во Вселенной? К последнему, самому важному, вопросу мы еще вернемся на страницах этой книги.

Хотя подобное обсуждение заставит нас еще больше отточить и обобщить термины «ничто» и «нечто», хочу сделать еще один промежуточный шаг в разборе темы неизбежности создания «чего-то».

Пока я определял то «нечто», из которого появляется наше наблюдаемое «нечто» как «пустое пространство». Однако если допустить соединение квантовой механики с ОТО, мы можем поговорить и о том случае, когда само пространство вынуждено возникнуть.

ОТО как теория гравитации – по сути своей теория пространства и времени. Как я писал в самом начале книги, это была первая теория, позволявшая разобраться не только с динамикой объектов, движущихся в пространстве, но и с тем, как развивается само пространство. Поэтому, если у нас будет квантовая теория гравитации, законы квантовой механики удастся применить к свойствам пространства, а не только к свойствам объектов, существующих в пространстве, как в обычной квантовой механике.

Расширить квантовую механику, чтобы придать ей такие способности, – задача непростая, однако для ее решения оказалась подходящей математическая модель, которую разработал Ричард Фейнман и которая привела к современному пониманию происхождения античастиц. Методы Фейнмана основаны на фундаментальном факте, о котором я упоминал в начале этой главы: квантово-механические системы в своем развитии следуют всем возможным траекториям, даже запретным с классической точки зрения.

Для своего исследования Фейнман разработал концепцию интеграла по траекториям, позволяющую делать предсказания. Согласно этому методу, мы рассматриваем все возможные траектории между двумя точками, по которым может пройти частица. Каждой траектории мы приписываем определенный вероятностный вес на основании хорошо известных принципов квантовой механики, а потом суммируем все пути, чтобы определить окончательные (вероятностные) прогнозы движения частиц.

Одним из первых ученых, которые полностью использовали эту идею, чтобы подойти к созданию квантовой механики пространства – времени (объединение нашего трехмерного пространства с одним измерением времени и создание четырехмерной единой системы пространства – времени, как требует СТО Эйнштейна), был Стивен Хокинг. Достоинство методов Фейнмана состоит в том, что изучение всех возможных траекторий позволяет получить результаты, не зависящие от специфических пространственных и временных «меток», которые ставятся на каждой точке каждой траектории. Поскольку теория относительности говорит, что разные наблюдатели при относительном движении измеряют время и расстояние по-разному, а значит, приписывают каждой точке пространства – времени разные значения, нам особенно полезно иметь в своем распоряжение методику, не зависящую от разных «меток», которые приписывают тем или иным точкам в пространстве и времени разные наблюдатели.

Особенно эта методика полезна, пожалуй, с точки зрения ОТО, где «метки» точек в пространстве и времени присваиваются совершенно произвольно, так что разные наблюдатели в разных точках гравитационного поля измеряют расстояние и время по-разному, а поведение систем определяется в конечном итоге геометрическими параметрами наподобие кривизны, которая не зависит от всех подобных «меток».

Как я уже несколько раз упоминал, ОТО не вполне согласуется с квантовой механикой, по крайней мере насколько мы можем судить, а поэтому нет полностью однозначного метода, позволяющего определить интегралы по траекториям Фейнмана в рамках ОТО. Поэтому нам придется заранее высказать несколько догадок, по возможности правдоподобных, а потом проверить, получаются ли при этом осмысленные результаты.