Всё из ничего: Как возникла Вселенная

Но не все так просто. Замкнутая расширяющаяся Вселенная, полная вещества, должна в общем случае расшириться до максимальных размеров, а затем так же быстро схлопнуться, и тогда получится пространственно-временная сингулярность, а какой будет ее участь, незаконченная теория квантовой гравитации пока что не может нам сказать. Поэтому характерное время жизни крошечных замкнутых вселенных будет микроскопическое, возможно порядка планковского времени – характерного масштаба времени, на котором положено действовать квантово-гравитационным процессам: около 10^–44 с.

Однако из этого тупика есть выход. Если до того, как такая вселенная схлопнется, конфигурация полей в ней приведет к периоду инфляции, то даже крошечная поначалу замкнутая вселенная может быстро, экспоненциально расшириться, становясь за это время все ближе к бесконечно большой плоской вселенной. И если продолжительность инфляции будет в сотню раз больше, чем время удвоения ее размера, вселенная станет так близка к плоской, что запросто сможет просуществовать гораздо дольше нынешнего возраста нашей Вселенной – и не схлопнется.

На самом деле есть и другой вариант, от которого у меня всегда случается легкий приступ тоски по прошлому (а заодно и зависти), поскольку столкновение с этим вариантом было для меня очень поучительным. Начиная работать в Гарварде сразу после защиты диссертации, я раздумывал над возможными вариантами квантовой механики гравитационных полей и узнал, что мой добрый приятель по магистратуре Иэн Аффлек получил один интересный результат. Иэн – канадец, он был аспирантом в Гарварде, когда я учился в Массачусетском технологическом институте, и вступил в Гарвардское общество молодых ученых за несколько лет до меня. Он воспользовался математической теорией Фейнмана, которую мы теперь применяем для работы с элементарными частицами и полями, – так называемой квантовой теорией поля – и вычислил, как в сильном магнитном поле могут рождаться частицы и античастицы.

Я понял, что та форма решения, которую описал Иэн, – иногда ее называют «инстантон» – очень напоминает инфлирующую вселенную, если применить тот же метод к случаю гравитационного поля. При этом результат получался похожим на вселенную с инфляцией, которая началась из ничего! Однако писать об этом результате было рано: я плохо понимал, какая именно физика соответствует этому математическому решению. А вскоре выяснилось, что, пока я ломал голову, мой сосед, очень талантливый и оригинально мыслящий космолог Александр Виленкин, о котором я уже писал и с которым мы в итоге подружились, уже успел напечатать статью, где именно таким образом рассказывалось, как квантовая гравитация и правда может создать инфлирующую вселенную прямо и непосредственно из ничего. Меня обошли, но расстраиваться я не стал, потому что (1) и правда тогда еще не во всех подробностях понимал, что, собственно, делаю, и (2) Виленкин просто оказался храбрее и сообщил о том, о чем я побоялся. Впоследствии я усвоил, что можно публиковать работу, даже не разобравшись до конца во всех следствиях из своей идеи. Я и сам полностью понял несколько самых важных своих статей, только когда после публикации прошло уже очень много времени.

Так или иначе, хотя Стивен Хокинг и его коллега Джим Хартл предложили совсем другой путь к определению «граничных условий», при которых вселенные могут возникать из ничего, главное здесь вот что:

1. В квантовой гравитации вселенные могут и, более того, всегда будут спонтанно возникать из ничего. Подобные вселенные не обязаны быть пустыми, они могут иметь вещество и излучение, но лишь при условии, что полная энергия с учетом отрицательной энергии, связанной с гравитацией, будет равна нулю.

2. Чтобы замкнутые вселенные, которые могут возникнуть в результате подобных механизмов, просуществовали больше неизмеримо крошечного планковского мига, нужно нечто вроде инфляции.

В результате единственная долгоживущая вселенная, которая возникает в результате подобного сценария и в которой можно рассчитывать поселиться и жить, – это вселенная, которая на сегодняшний день выглядит как плоская, в точности как та, в которой живем мы с вами.

Мораль ясна: квантовая гравитация не только допускает возникновение вселенных из ничего – в данном случае это, подчеркиваю, означает отсутствие пространства и времени – она может требовать этого. «Ничто» в этом смысле – то есть отсутствие пространства, времени и чего-либо вообще! – нестабильно.

Более того, следует ожидать, что общие характеристики такой вселенной, если она проживет долго, будут совпадать с теми, которые мы наблюдаем в нашей нынешней Вселенной.

Доказывает ли это, что наша Вселенная возникла из ничего? Нет, конечно. Но это позволяет еще на шаг приблизиться к принятию такого сценария. А кроме того, оно снимает еще одно возражение против идеи создания из ничего, как было написано в предыдущей главе. Там «ничто» означало пустое, но уже существующее пространство в сочетании с определенными и хорошо известными законами физики. Теперь же необходимость в пространстве отпала.