Аманда Гефтер - На лужайке Эйнштейна. Что такое ничто, и где начинается всё

– В чем проблема с этими квадруполями? – спросила я его.

Пейдж объяснил, что отсутствие температурных флуктуаций на масштабах больше шестидесяти градусов подразумевает какие-то ограничения, накладываемые на размер пространства как такового.

В этом есть свой смысл. Температурные флуктуации были сформированы, когда горячая плазма в ранней Вселенной сжималась и расширялась, подобно космическому аккордеону, игравшему по всему пространству. Если мы не наблюдаем никаких флуктуаций на масштабах больше шестидесяти градусов на небесной сфере, то это означает, что на масштабах больше шестидесяти градусов на небесной сфере нет никакого пространства . Как если бы Вселенная была конечна. Конечно, эти шестьдесят градусов соответствуют размеру Вселенной на тот момент, когда реликтовые фотоны впервые вырвались на свободу. За прошедшие с того момента 13,7 млрд лет Вселенная значительно расширилась. Итак, вопрос состоит в следующем: если размер пространства тогда ограничивался областью размером около шестидесяти градусов на сегодняшнем небе, где находится граница пространства сегодня?

Ответ был шокирующим. Низкая мощность квадрупольной составляющей излучения подразумевает не только то, что Вселенная конечна, но и то, что она имеет небольшой размер по космологическим стандартам. Она подразумевает, что Вселенная была почти такого же размера, как ее наблюдаемая часть. Иными словами, если бы мы могли каким-то образом заглянуть за пределы нашего светового конуса, мы бы там ничего не обнаружили.

– Может быть, дело в аппаратном сбое? – спросила я.

– Нет, – сказал Пейдж. – Дело не в этом. Эффект стабилен. Эту же проблему мы видели раньше в данных COBE, только там отношение сигнала к шуму было хуже. Обнаружить то же самое в данных WMAP – это нам как звонок, напоминающий, что мы имеем тут дело с чем-то, вероятно, по-настоящему новым.

Мне пришлось задуматься об инфляционной модели. Главная идея теории состояла в том, что пространство-время расширялось далеко за пределами нашего космического горизонта, расширялось до таких огромных размеров, что все монополи исчезли за ним, а кривизна пространства стала пренебрежимо мала.

– Если это правда и Вселенная действительно небольшая, – спросила я, – то как быть с инфляцией?

– Если не брать здесь в расчет Линде, то девяносто процентов корифеев по теории инфляции говорят, что теперь нам нужна другая модель. Идея конечной Вселенной – это нечто уж слишком странное, – сказал Пейдж. – Вероятно, нам придется признать, что весь механизм не работает. Я думаю, что это беспокоит нас всех.

Мне заинтересовало, почему Пейдж выделил космолога Андрея Линде как корифея, который не откажется от инфляционной модели даже при наличии в ней конечной Вселенной, и, увидев его во дворе, я направилась в его сторону. Я подумала, что, может, он знает, как спасти теорию инфляции в сложившихся обстоятельствах – у меня тогда и в мыслях не было, что Линде просто был одним из основоположников инфляционной теории.

Представившись, я спросила его, не придется ли физикам отказаться от инфляционной теории, если аномально низкая мощность квадрупольной компоненты окажется реальной проблемой. Очевидно, спрашивать Андрея Линде, сможет ли он отказаться от инфляционной модели, было все равно, что спрашивать папу римского, сможет ли он плюнуть на Библию.

– Никому нельзя отказываться от инфляции! – закричал он с сильным русским акцентом.

Я съежилась и судорожно огляделась, ожидая, что все вокруг оставят свои дела или даже в страхе ретируются, но никому, казалось, до нас и дела нет. Между тем Линде продолжал:

– Если у вас есть модель, которая объясняет, почему Вселенная изотропна и почему возникли эти флуктуации плотности, то вам не стоит отказываться от этой теории, пока у вас нет другой, которая может так же хорошо объяснить эти явления. Инфляция может подавить флуктуации на больших угловых масштабах; она просто требует тонкой настройки, и это некрасиво. Но Вселенная сама уродлива – стандартная модель уродлива, космологическая постоянная уродлива, темная материя, темная энергия, 90 % Вселенной, – что, черт возьми, это такое? Это все уродливо. Но это не означает, что нужно отказаться от теории инфляции.

Алан Гут, герой дня, выглядел странновато для ученого, которому все прочили Нобелевскую премию по физике в самом скором времени. Ему было за пятьдесят, но он продолжал светиться какой-то мультяшной молодостью, со своей копной каштановых волос и огромным желтым рюкзаком. Он был известен тем, что спал на каждом докладе, просыпаясь как раз вовремя, чтобы задать нетривиальный вопрос по существу обсуждавшейся проблемы – этот феномен я уже не раз наблюдала сама. Я спросила его, есть ли у него время поговорить со мной, и он милостиво согласился. В перерыве между докладами, без тени сна на лице, он вышел поговорить со мной на свежем воздухе.

– Теория инфляции говорит нам, что происходило в первые доли секунды после того, как Вселенная родилась, – сказала я. – Но что мы знаем о самом ее рождении?

– Никакой ясной теории, как возникла Вселенная, у нас нет, – сказал Гут. – Но существуют разного рода спекуляции, которые, я думаю, достаточно туманны, чтобы быть истиной [15] Намек на знаменитую шутку Нильса Бора: «Эта идея, безусловно, безумна, но вопрос в том, достаточно ли она безумна, чтобы быть истинной». . В действительности мы даже плохо себе представляем, о чем мы говорим, то есть является ли рождение Вселенной квантовым событием.

Понимание такого события, как он объяснил, требует квантовой теории гравитации.

– Главное, для чего она нужна, – это получить полное квантовое описание геометрии пространства-времени. Затем мы хотели бы понять, что значит «ничего нет», и описать ничто как квантовое состояние. Состояние, которое описывает отсутствие пространства, отсутствие времени, отсутствие материи и энергии, отсутствие чего бы то ни было. Но оно все-таки будет возможным состоянием бытия. Это ключевой момент. Я предполагаю – без особых на то оснований, но все же предполагаю, что законы физики существовали и до рождения Вселенной. Если мы не предположим это, то мы не сможем продвинуться дальше в теории.

– Такое предположение означает, что рождение может быть познаваемо?

– Вот именно. Рождение Вселенной может быть познаваемо в рамках законов физики. Сейчас я не представляю, как понять, откуда взялись сами законы, но мы побеспокоимся об этом позже. А сейчас мы надеемся, что в системе, описываемой окончательными законами физики, будут существовать квантовые состояния, соответствующие полному отсутствию чего бы то ни было. Мы знаем, что квантовые системы могут спонтанно переходить из одного квантового состояния в другое, атомы то и дело совершают такие переходы в процессе распада. Квантовая система, находящаяся в одном состоянии, может сделать случайный переход в другое состояние, так что вы могли начать именно отсюда, от состояния полного отсутствия всего, и совершить переход к маленькой вселенной, затем механизм инфляции мог превратить эту маленькую вселенную в большую Вселенную. В общих чертах, я думаю, это правдоподобная картина образования Вселенной.