Простая сложная Вселенная - Кристоф Гальфар

Вы бы хотели задержаться тут еще ненадолго, чтобы прояснить ее для себя и сообщить в ЦЕРН, но вы здесь не командуете и уже мчитесь сквозь Вселенную, заполненную супом из такой громадной энергии, что все кругом трясется, гравитация гнет и ломает все, поля возбуждаются до уровней, лежащих за пределами здравого смысла.

Это не вес звезды заставляет гравитацию путем искривления пространства и времени налагаться на каждое поле вокруг, а энергия всей Вселенной выдавливается через сферу диаметром 100 световых лет.[50] Такая сфера, в центре которой сегодняшняя Земля, могла бы вмещать не более 5000 звезд. В то время она содержала энергию для образования сотен миллиардов галактик, каждая из которых имеет сотни миллиардов звезд. Не говоря уже о пыли.

Тем не менее, как бы вам ни нравилось рассматривать все вокруг, вы продолжаете лететь против течения времени.

Теперь вы уже в одной миллионной доле секунды от конечного пункта назначения.

Температура достигла 100 миллионов миллиардов градусов.

При таком огромном количеством энергии вокруг даже стражи кварковых тюрем, глюоны, не могут удерживать своих пленников. Нейтроны ломаются. Кварки, теперь свободные, начинают взаимодействовать со своими антикопиями, превращаясь в чистую энергию.

Посмотрев вокруг, вы понимаете, что говорить о разнице между материей, светом и энергией теперь целиком излишне.

Поля, которые были самостоятельными образованиями на протяжении всего пути во времени от Земли сюда; поля, которые на Земле описывают все мыслимые процессы с помощью различных взаимодействий, теперь сливаются воедино, как и следовало ожидать. Электрослабое поле активно. Поскольку некоторые из знакомых частиц, которые вы привыкли видеть повсюду, исчезают, новые фундаментальные частицы, принадлежащие электрослабому полю, вылетают со всех сторон. Поле Хиггса исчезает. А вместе с ним и обладающие массой бозоны Хиггса, так долго остававшиеся скрытыми от человеческих знаний.

Видимые вами теперь частицы – это W– и Z-бозоны, с которыми мы встречались ранее, переносчики взаимодействий электрослабого поля.

Вокруг этих частиц так много энергии, что они, с таким трудом создаваемые на Земле, тут повсюду.

Вселенная сейчас раскалена до 100 миллиардов миллиардов градусов, и законы природы начинают заметно отличаться от тех, с которыми вы знакомы на протяжении всей жизни.

Кварки и антикварки исчезают.

Глюоны поглощаются фоновым излучением.

Одна тысячная миллиардной миллиардной миллиардной доли секунды после того, что является ни больше ни меньше как предполагаемым источником происхождения пространства и времени, события, которое мы могли бы назвать началом всех начал, того, что в один прекрасный день станет всей нашей видимой Вселенной, и того, что теперь является сферой 10 метров в ширину, продолжающей сокращаться.

Все, что она содержит, в настоящее время нагрето до фантастических миллиардов миллиардов миллиардов градусов. И по мере ее нагрева все больше и больше все образующие составляющую нас материю поля объединяются, чтобы стать великим единым полем.

Только гравитация находится вне этого объединения сил.

Находясь так близко к началу начал, вы начинаете думать, что осталось случиться не так уж многому.

На самом деле вы только что достигли того места, что получило название Большого взрыва: момент, в который накопленная в большом едином поле энергия стала превращаться в частицы.

Но удивительно: несмотря на то, что экспериментальная физика никогда не достигала такого места, компьютер, кажется, не желает останавливаться, в первую очередь чтобы показать, что история Вселенной там не начинается. Действительно, к большому удивлению, пока время продолжает перематываться, материя и энергия всей Вселенной внезапно исчезают – и вопреки тому, что можно было бы ожидать, все резко остывает, в то время как вся доступная энергия превращается в еще одно поле, с которым вы не встречались раньше, поле, заполненное собственными частицами.

Оно называется инфлатонным полем.

Поле считается ответственным за начальное расширение Вселенной.

Каким бы сумасшедшим это ни показалось, но теперь все вдруг снова ускоряется, и вся Вселенная непостижимым образом врезается сама в себя на невообразимой скорости, увлекая вас вслед за собой.

За меньшее время, чем потребовалось бы свету, чтобы пройти сквозь ядро атома на вашей кухне, вся Вселенная сжимается с десяти метров в диаметре до размера в миллиарды раз меньше протона.

Ученые назвали эту стадию инфляционной моделью Вселенной.[51] Вы только что прошли ее, следуя в обратном направлении. Позади нее больше нет ни материи, ни чего-то еще.

Все известные поля исчезли.

Законы природы совершенно не похожи на знакомые вам из обыденной жизни или из путешествия до этого момента.

Примерно в этот момент три силы или поля, управляющие всей известной материей и антиматерией Вселенной в настоящее время, в том числе составляющей вас материей, как считается, слились с гравитацией.

Вы бы продолжили перематывать время дальше, за Большой взрыв, следуя по всему пути рождения нашей Вселенной, но происходит что-то не то.

Понятия пространства и времени, используемые вами до сих пор, больше не применимы.

Гравитационное искривление пространства-времени слишком сильно. Квантовые эффекты тоже.

Без времени, без пространства, без пространства-времени путешествие дальше невозможно, да и не имеет никакого смысла при обстоятельствах такого рода.

Вы еще не достигли начала начал и не имеете никакого понятия, как придумать способ попасть туда.

Так обидно.

И вдруг вам хочется посмотреть на все со стороны, потому что до сих пор вы всегда оставались внутри Вселенной. Но само понятие снаружи, кажется, также не имеет никакого смысла.

То, чего вы здесь достигли, – это поверхность второй стены, отличной от поверхности последнего рассеяния, которая ограничивала то, что можно увидеть с Земли. Это стена непроницаема не для света, но для современных знаний.

Позади нее находится царство квантовой гравитации, где все известные поля природы могут быть объединены в одно целое квантовым способом.

Там Вселенная становится загадкой, в которой переплетены науки XXI века, вера и философия. В некотором смысле это то место, где наше знание останавливается, сменяясь чисто теоретическими исследованиями. Для путешествий за пределы поверхности последнего рассеяния вы не можете использовать собирающие космическое излучение телескопы, но ученые построили ускорители элементарных частиц, позволившие им достичь температур и давлений, которые они рассчитывали обнаружить за пределами Вселенной, и это сработало. Ученые открыли новые законы и сумели проплыть назад по течению времени, хоть и косвенным образом. Пока вы читаете эти строки, они уже сконструировали и продолжают создавать телескопы нового поколения для обнаружения уже не излучения, а гравитационных волн, пульсации, распространяющейся сквозь саму ткань пространства-времени. Такие телескопы могут обнаружить сигналы, исходящие из-за пределов поверхности последнего рассеяния, из того далекого прошлого, где вы только что побывали. Но путешествовать за стеной квантовой гравитации, известной также как Платовская эпоха, – совсем другое дело. Никто не уверен даже в том, каким образом следует думать о том, что лежит за ее пределами. Вся видимая Вселенная была тогда настолько крошечна, что, чтобы проверить это в уме, нужна теория о чем-то чрезвычайно большом, свернутом до мизерных размеров, теорию, в которой квантовые законы со своими квантовыми скачками и прочим применимы к самой Вселенной. Необходима гравитация и квантовые эффекты. Требуется квантовая гравитация и многое другое. А у нас их нет. У нас нет исследовательских рамок. Таким образом, дальше вы проникнуть не можете. Собственно, вам даже не позволено предположить, что лежит за пределами стены Планка ни в пространстве, ни во времени, потому что эти два понятия не имеют там никакого смысла. Когда ученые говорят, что возраст Вселенной составляет 13,8 миллиарда лет, они имеют в виду, что прошло 13,8 миллиарда лет с тех пор, как обрели смысл используемые нами понятия «пространство», «время» и «пространство-время». И этот момент случился приблизительно за 380 тысяч лет до поверхности последнего рассеяния, за 380 тысяч лет до того, как реликтовое излучение заполнило космическое пространство. И этот момент произошел за несколько миллионных миллиардных миллиардных миллиардных долей секунды до Большого взрыва. В конечном итоге ученые могут с полным правом сказать, что именно такое количество времени прошло с момента возникновения пространства и времени. Но это не означает, что наша Вселенная родилась тогда. Так же как не означает, что она является единственной существующей Вселенной. А также что она является единственной когда-то существовавшей.