Удивительные числа Вселенной - Антонио Падилья

— это не день, и причина в том, что Вселенная постоянно обновляет себя. Со временем промежутки между звездами и галактиками становятся все больше — не потому, что они пытаются убежать друг от друга, а потому, что растет само пространство. Оно буквально расширяется. Поверните часы назад, и Вселенная начнет сжиматься, а в какой-то момент стянется в ничто. Это начало Вселенной — пожалуй, самая знаменательная дата в истории, около 14 млрд лет назад.

Существуют различные способы измерить возраст Вселенной. Один из них — уловить свет от наиболее взрывных жестоких смертей в самых дальних видимых уголках космоса. Это сверхновые — превратившиеся в маяки умирающие звезды, расположенные очень далеко. Если предположить, что эти далекие сверхновые примерно похожи на близкие к нам, и сравнить свойства полученного от них света, можно добыть ценную информацию об истории Вселенной. Другой способ измерить ее возраст — использовать реликтовое излучение (иначе — космическое фоновое излучение), которое заполняет Вселенную со времен образования первых атомов. Эти два метода измерения возраста несколько противоречат друг другу, но не так сильно, чтобы людей сильно беспокоила необходимость в новой физике. В любом случае оба метода дают для возраста Вселенной оценку в 14 млрд лет. Для нас важно то, что этот возраст конечен, а это устанавливает верхний предел расстояния, которое мог пройти свет с момента возникновения Вселенной. Возможно, вам кажется, что расстояние равно примерно 14 млрд световых лет, но это неверно: такая величина игнорирует расширение пространства. По современным оценкам, самые дальние уголки наблюдаемой Вселенной расположены на расстоянии около 47 млрд световых лет от нас. Все, что оказалось за этой границей, находится слишком далеко для возможности связи — никакой сигнал (световой или иной) оттуда не может добраться до нас.

Сравнимы ли 47 млрд световых лет с гуголплексианской Вселенной?

Нет.

Это совершенно ничтожная величина. Что бы мой двоюродный брат ни рассказывал в детстве про двойника, на самом деле нет никакой надежды найти свою копию в наблюдаемом мире. А если двинуться дальше? Насколько далеко простирается существующий космос? Есть ли что-то за пределами воображаемой стены, расположенной на расстоянии в 47 млрд световых лет? Есть ли за этой стеной одичалые?[53] И что вообще может означать остановка Вселенной?

Вселенная определенно не ограничивается размером в 47 млрд световых лет. Она простирается гораздо дальше — в районы, скрытые от земного взгляда. Вы могли бы даже отправиться в эти отдаленные области, если бы, конечно, сумели прожить достаточно долго. Вселенная могла бы в конце концов прекратить расширяться и свернуться наподобие поверхности огромной сферы. Вы даже можете вообразить космического Магеллана, отправляющегося в величайшую экспедицию, чтобы обогнуть всю Вселенную. Если она действительно огромная сфера, которую можно пересечь, об этом нам потенциально могут рассказать фотоны реликтового излучения. Если это сфера, то она должна быть неопределимо большой, диаметром не менее 23 трлн световых лет[54]. Это означает, что Вселенная минимум в 250 раз больше той части, которую мы можем видеть. Эти скрытые глубины велики, но достаточно ли? Возможно, Вселенная простирается и за 23 трлн световых лет, а как насчет гуголплекса?

Чтобы увидеть истинный размер Вселенной, нужно вернуться в ее детство. Детям нравятся головоломки, головоломка есть и в реликтовом излучении. Если вы окажетесь на борту Международной космической станции и посмотрите налево, фотоны реликтового излучения ударят вам прямо в лицо. Это излучение, которое за время своего триумфального путешествия по Вселенной остыло до средней температуры всего в 2,7 кельвина. Теперь посмотрите направо. В вас ударит другой поток фотонов реликтового излучения, и они тоже имеют среднюю температуру 2,7 кельвина. Куда бы вы ни взглянули, фотоны реликтового излучения будут иметь эту температуру. Возможно, вам это не кажется странным, но это действительно странно. Эти фотоны приносят с собой сведения о мирах, откуда пришли, и все они говорят одно и то же. Это может означать только то, что далекие миры что-то знают друг о друге, но как такое может быть? В конце концов, когда фотоны начали свое путешествие, эти ранние миры были ненаблюдаемы друг для друга. Никакой сигнал не мог пройти между ними. Как они сговорились распространять информацию об одной температуре для всего космического фонового излучения? Это можно сравнить с ситуацией, когда вы наткнулись на племя в глубине Амазонии, никогда не имевшее контактов с внешним миром, но при этом почему-то все люди там разговаривают на отличном английском. Что бы вам индейцы ни говорили, вы, несомненно, заподозрите, что в какой-то момент своей истории это племя повстречалось с каким-то англичанином.

Следовательно, далекие области на противоположных концах неба с реликтовым излучением в какой-то момент в прошлом должны были встречаться; в какой-то момент они общались. Но если они слишком далеко друг от друга, чтобы обмениваться сигналами, то как они это делали? Вполне возможно, что Вселенная в детстве придумала гениально простое решение этой задачки — процесс, который ученые назвали инфляцией. Она предполагает, что две отдаленные области когда-то были очень близки: соседство, обмен сигналами, передача информации. Внезапно их разорвало, отделив друг от друга быстрее скорости света. В каком-то смысле это трагично, но в то же время и странно. Как они могли разделиться на части быстрее света? Безусловно, ничто в космосе не может обогнать свет, даже Усэйн Болт. Но здесь происходит иное. Само пространство раздувается быстрее: его подталкивает любопытный дьяволенок, названный инфлатоном[55]. Нам мало что известно об инфлатоне. Возможно, он несколько похож на знаменитый бозон Хиггса, с которым мы познакомимся позже; возможно, это и есть бозон Хиггса, просто играющий другую роль в другое время, — мы не знаем наверняка. Мы даже не знаем, сколько инфлатонов существует: один или два. Чем бы он ни был, он быстро создал такое огромное пространство между соседними мирами, что к тому времени, когда все закончилось, они потеряли всякую способность сообщаться между собой. Однако важно то, что они все еще помнили друг друга и передавали эту информацию фотонам реликтового излучения. Вот почему у них примерно одинаковая температура.

Как только мы начинаем спрашивать о начале инфляции (почему она началась именно так?), мы наконец приходим к гуголплексианской Вселенной. Ответ может заключаться в процессе, названном вечной инфляцией: бесконечном процессе создания Вселенной. Идея такова: инфлатон проводил время, случайным образом принимая разный вид. Он прыгал (в квантово-механическом смысле) от одного значения к другому. По большей части он не делал ничего особенно интересного, пока внезапно в каком-то мельчайшем уголке младенческой Вселенной не прыгнул в какое-то подходящее значение, запустившее взрыв. Подобно семени гигантской секвойи, этот крохотный уголок вырос