На лужайке Эйнштейна. Что такое НИЧТО, и где начинается ВСЕ - Аманда Гефтер

– Еще одна важная сохраняющаяся величина – барионный заряд, – продолжал Гут, имея в виду полное число протонов и нейтронов, компонентов ядра любого атома. – Когда я учился в университете, все думали, что барионное число сохраняется и что в наблюдаемой Вселенной имеется очень большое число барионов, то есть большое число протонов и нейтронов, и, насколько мы можем судить, очень мало антипротонов или антинейтронов. Некоторые предполагали, что, может быть, существует большое количество антиматерии где-то там, где мы еще ее не обнаружили, но эта гипотеза не была особенно успешной. С развитием теории великого объединения в 1970-е годы физики поняли, что мы в действительности не знаем, сохраняется ли барионный заряд. Позже выяснилось, что даже в так называемой стандартной модели физики элементарных частиц, где, как все думали, барионный заряд точно сохраняется, это на самом деле оказалось не так из-за необычных квантовых эффектов. Сегодня число доказательств несохранения барионного заряда стало уже ошеломляющим.

Итак, энергия сохраняется, но это не имеет значения, потому что гравитация уже скомпенсировала все остальное, а барионный заряд не сохраняется вовсе. Чтобы он сохранялся, общее число протонов и нейтронов во Вселенной сегодня должно быть таким же, каким оно было при ее рождении, и не было бы никакого способа объяснить, откуда взялись все эти протоны и нейтроны.

– Означает ли это, что материя может спонтанно возникать из ничего?

– Да, – кивнул Гут. – Когда теория инфляции только-только создавалась, я говорил, что Вселенная, возможно, представляет собой абсолютно бесплатный обед. С тех пор идея инфляции в нашем видимом мире превратилась в теорию мультивселенной, которая постоянно растет. Если эта картина верна, то совершенно ясно, что вы получили все даром, в обмен на ничто, и продолжаете получать еще больше. И все это основано на идее, что во Вселенной не существует ненулевых сохраняемых величин.

– Гравитация компенсирует положительную энергию по всей мультивселенной?

– Совершенно верно, – сказал он.

– А что можно сказать о величинах, которые все-таки вроде бы сохраняются, как, скажем, момент импульса?

– Мы считаем, что угловой момент сохраняется, но, насколько мы можем судить, общий момент импульса Вселенной равен нулю. Если сложить угловые моменты всех галактик, вращающихся в разных направлениях, то согласно астрономическим данным сумма, действительно, равна нулю. Электрический заряд – еще одна величина, которая, как мы считаем, абсолютно точно сохраняется, но Вселенная в целом – электрически нейтральна.

– А если мы обнаружим, что существуют некоторые сохраняющиеся величины, принимающие ненулевое значение, будет ли это означать, что невозможно получить что-то из ничего?

– Конечно, это все изменило бы. Вечное расширение сразу стало бы мыслимым. Если для создания нашей Вселенной действительно требуется ненулевое значение какой-либо сохраняемой величины, то было бы невозможно создавать все больше и больше вселенных без нарушения закона сохранения.

– Но пока сохраняемые величины принимают нулевые значения, вы можете получить что-то из ничего.

– Наверное, лучше будет сказать, что нечто и есть это самое ничто, – сказал Гут. – Все, что мы видим вокруг, в некотором смысле – ничто.

Когда пришло время выступления Хокинга, я едва могла сдержать волнение. Хокинг был упрям, провокационен и неординарен. Он слыл скандалистом мирового класса, и мне не терпелось увидеть, какую новую штуку он выкинет на этот раз.

Он выехал на середину сцены в своем кресле.

– Вы меня слышите? – вежливо осведомился его компьютер.

– Да, – ответила публика.

– В моем выступлении я хочу предложить другой подход к космологии, который поможет ответить на главный вопрос: почему Вселенная такая, какая она есть?

Другой подход к космологии? Это обещает быть интересным.

– Каким образом мы можем выяснить, как родилась Вселенная? – спросил Хокинг. – Некоторые – в основном это те, кто воспитывался в традициях физики элементарных частиц, – просто игнорируют эту проблему. По их ощущению, задача физики – предсказывать то, что происходит в лаборатории… Меня поражает, что люди могут поддерживать такую убогую точку зрения, что они могут сосредоточиться только на конечном состоянии Вселенной и не задаваться вопросом, как и почему она возникла.

Те, кто делает попытку объяснить ее происхождение, говорил он дальше, движутся снизу вверх. Они начинают с некоторого начального состояния и отслеживают его изменения во времени, чтобы увидеть, как получается что-то, отдаленно напоминающее нашу Вселенную. Инфляционная модель именно это и делает, но, сказал он, даже теория типа «снизу-вверх» не имеет никакого смысла.

Хорошенькое дельце! Каждый участник этой конференции восхваляет большой успех инфляционной теории, а Хокинг встает и говорит, что она не имеет никакого смысла.

Инфляционная модель, между тем растолковывал Хокинг, нарушает принцип общей ковариантности, ключевой ингредиент теории Эйнштейна, который гарантирует, что всякая система отсчета равным образом предоставляет все необходимое для описания Вселенной. Вместо того чтобы работать с четырехмерным пространством-временем, в теории инфляции пространство-время разбито на три пространственных измерения и одно временно́е. Но чье это пространство? Чье время? Разбивая таким образом пространство-время, мы выбираем привилегированную систему отсчета – тяжелейшее преступление против теории относительности. Еще хуже то, продолжал он, что при определенном выборе координат, играющих роль времени, инфлатонное поле не будет расширяться. Другими словами, теория работает только в некоторых системах координат.

Это было увлекательно, но доклад делался крайне медленно. Проходили минуты между предложениями, минуты, в течение которых участники конференции старались сидеть тихо из уважения к докладчику. Было только слышно, как кто-то менял положение в кресле или покашливал.

Внезапно его правая нога начала сильно дрожать. Из-за этого компьютер, прикрепленный к коляске, стал вибрировать. Его помощник бросился к нему и, стоя на коленях, держал Хокинга за ногу так, чтобы он смог продолжать доклад.

Помимо проблем с инфляцией, говорил дальше Хокинг, существует фундаментальная проблема с подходом от простого к сложному вообще.

– В космологии путь снизу вверх – принципиально классический, поскольку предполагается, что он единственный и вполне определенный, – сказал он. – Но в одной из наших ранних работ с Роджером Пенроузом мы показали, что любые разумные классические космологические решения имеют сингулярность в прошлом. Это означает, что рождение Вселенной – квантовое событие.

Квантовые события описываются не единственным состоянием, а суперпозицией всех возможных состояний. То есть мы не просто не можем знать, в каком из этих состояний была Вселенная на самом деле, – но Вселенная, собственно, и не была ни в одном из них. По этой причине, сказал Хокинг, нам нужно рассматривать эволюцию Вселенной от настоящего к прошлому. Наблюдая особенности нашей Вселенной, сегодня мы сможем определить все возможные пути эволюции, которые привели бы к такой Вселенной. Поступая так, мы создаем некую историю Вселенной.