Простая сложная Вселенная - Кристоф Гальфар

Идея пришла ему в голову в 80-х годах прошлого века.

Он только что открыл способы справляться с квантовыми черными дырами. Он узнал, что они серые, что они испускают частицы. Он узнал, что квантовая гравитация должна существовать. Тогда разум Хокинга направился за пределы Большого взрыва.

Вместе со своим коллегой, американским физиком-теоретиком Джеймсом Хартлом из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, он написал формулу, которая навсегда изменила для меня Вселенную, воспринимаемую человеческим разумом.

Хокинг и Хартл предположили, что все вселенные, которые привели к нашей нынешней Вселенной, должны появиться из ничего (действительно из ничего, математического ничто) некоторое конечное мнимое время назад.

И они учли все вселенные, имеющие это свойство.

И они рассмотрели их.

И их было много.

И ученые ввели для них золотое правило квантового мира: вместо того чтобы выбрать одну, чтобы в дальнейшем развить ее в нашу реальность, они учли их все. На бумаге это означает, что они добавили их все, со знаком плюс, и заявили, что их сумма есть то, чем являлась Вселенная во времена «до» стены Планка, где никто не мог смотреть на нее. Их математическая формула сегодня известна как волновая функция Вселенной Хартла – Хокинга, а начальное условие, гласящее, что все возможные, принимаемые во внимание вселенные являются произошедшими из ничего, называется предположением об отсутствии границ.

Вселенная, наша Вселенная, с их точки зрения, со всеми ее возможными состояниями в качестве юной Вселенной, не имела начала.

А затем она стала нашей, спустя некоторое конечное мнимое время, когда пространство и время обрели смысл.

То, что именно это означает, здесь действительно не имеет значения.

Сумасшествие в том, что они это сделали.

Они записали математическое начальное условие для всей Вселенной. Они математически решили проблему создания нашей Вселенной из ничего.

Теперь несколько слов в предостережение: это не конец истории. Проследить практически любые расчеты в придуманных математических рамках Хартла и Хокинга, к сожалению, ужасно трудно (если не сказать невозможно).

Тем не менее, просто записав их, они стали первыми людьми, выдавшими математическую формулу возникновения и последующей эволюции нашей реальности.

Немыслимая ранее веха для человечества. Человечество пытается разгадать законы природы на протяжении тысяч лет.

Наше понимание этих законов за это время изменилось и улучшилось.

Сто лет назад Эйнштейн открыл новую концепцию гравитации, и все мы стали понимать, что прошлое можно обнаружить не только под ногами, производя археологические раскопки Земли, но и среди звезд. Примерно в то же время многие ученые начали обнаруживать странные квантовые законы, управляющие микромиром.

А потом, около 30 лет назад, воодушевленные результатами испарения черных дыр, Хартл и Хокинг смело начали соединять все воедино и разрабатывать математическую формулу происхождения всего.

Конечно, их ви́дение может оказаться в будущем глубоко ошибочным, и то же самое можно сказать и обо всех идеях, уводящих нас за пределы экспериментов, но это не имеет никакого значения. Важно то, что вопрос о происхождении нашей Вселенной вступил в новую эру, где математическая физика по крайней мере позволила получать информацию о предмете.

Хотя идея Хокинга о рассмотрении всех возможных вселенных с использованием другого (мнимого) времени не появилась ниоткуда. Она присутствует в работах некоторых из самых ярких умов XX века, а именно Поля Дирака и Ричарда Фейнмана, которые придумали такую концепцию для создания современных квантовых теорий поля.

По такому сценарию, видимая Вселенная по-прежнему является сферой радиусом около 13,8 миллиарда световых лет. Это самый большой размер, который мы можем исследовать. Тем не менее смешно думать, повторюсь, что, собирая излучение и сигналы, доходящие к нам из космоса, и продвигаясь все дальше и дальше в мегамир, человечество заканчивает тем, что заглядывает не только в прошлое, но и в микромир.

Наши предки этого не знали.

И, как вы теперь видите, противоположность вполне может быть правдой.

И вы снова собираетесь навесить микромир, но на этот раз зайдете дальше прежнего. Там, внизу, вы найдете окно, открывающееся в целом в новую реальность, реальность большую, чем все, о чем вы мечтали до сих пор. Даже больше пузырей внутри пузырей внутри пузырей вечной инфляции.

В большом вы обнаружили малое.

В малом вы теперь найдете огромное.

Но куда нужно смотреть?

Как вы теперь знаете, вся наша видимая Вселенная представляет собой сферу радиусом 13,8 миллиарда световых лет. С такой гигантской перспективы сначала видишь нити гигантских кластеров галактик, купающихся в газах и темной материи, и, что более важно, там имеются все квантовые поля. Их нельзя увидеть с такой огромной высоты, но их можно ощутить. Они – материя, составляющая видимую Вселенную. Они – поле Хиггса, дающее массу всему имеющему массу. Они – инфлатонное поле или темная энергия, противодействующая воздействию гравитации и удерживающая Вселенную от все более быстрого расширения.

И здесь также присутствует и сама гравитация, сдвигающая все ближе ко всему другому.

Вы наблюдаете за всем со стороны и начинаете приближать масштабы.

Теперь вы видите галактики с сотнями миллиардов звезд. Их сверхмассивные центральные черные дыры исторгают из себя струи высокоэнергетического света и материи. Вы видите присутствие темной материи. Видите, как она предотвращает разрыв галактик вследствие их собственного вращения.

Продолжайте приближение.

Вы находитесь в масштабе звезд, огромных шаров раскаленной плазмы, излучающих свет, который мы, люди, используем для исследования далекой Вселенной.

Следом идут планеты – сферические миры, слишком маленькие, чтобы когда-либо стать звездами.

Еще меньше астероиды, кометы, живые существа, скрываемые нашей планетой под ста километрами атмосферы.

А потом микробы, клетки, молекулы, атомы, электроны и фотоны, протоны и нейтроны, кварки и глюоны.

Продолжайте приближение.

Вы вернулись на территорию квантовых полей.

Гравитация уже здесь, вооруженная всеми квантовыми силами.

Вы продолжаете приближение. И потом останавливаетесь.

Вы помните, что пошло не так с квантовыми полями? Вы помните о перенормировке, уловке, которую используют исследующие квантовую физику теоретики, чтобы избавиться от портящих их труды бесконечностей? А помните, что попытки взглянуть на гравитацию как на квантовое поле совершенно провалились, потому что возникающие в этом случае бесконечности нельзя удалить любыми средствами, создавая коллапс пространства-времени во всей Вселенной? Именно от этих бесконечностей мы сейчас должны избавиться. За ними вы увидите окно, ведущее в грандиозную новую реальность, о которой я упомянул в конце предыдущей главы. Весьма скоро вы пройдете сквозь него. Но в первую очередь необходимо удалить эти надоедливые бесконечности.