Майкл Уайт - Стивен Хокинг. Жизнь среди звезд

Такая вероятность натолкнула на серьезные технические вопросы к ранним версиям сценария инфляции, поскольку при слиянии пузырьков возникло бы возмущение, которое распространилось бы на все слившиеся пузырьки. Если бы Вселенная, в которой мы живем, образовалась подобным способом, она не была бы идеально однородной, поскольку возмущения оставили бы следы, например, в реликтовом микроволновом излучении.

Это можно обойти. Самому Хокингу больше всего нравится мысль о «хаотичной инфляции», в ходе которой мир вне нашей Вселенной (бесконечная метавселенная) находится в полном беспорядке – одни области расширяются, другие сжимаются, одни холодные, другие горячие. В такой хаотичной метавселенной наверняка нашлись бы области, подходящие для инфляции. Так что, согласно такой картине, мы просто случайно очутились во Вселенной, порожденной случайным всплеском среди хаоса.

Однако своим существованием мы хаосу не обязаны. Не исключено, что мы живем в пузырьке, который не слился с соседями – точнее, еще не слился (если читателю кажется, что это совсем уж неправдоподобное совпадение, в дальнейшем он убедится, что это не так). А может быть, есть какой-то закон физики, который запрещает пузырькам формироваться в «жидкости» слишком тесно. И вот здесь можно привлечь гипотезу об излучении Хокинга.

Как мы знаем из главы 9, излучение Хокинга вызвано взаимодействием квантовых эффектов и гравитации на горизонте вокруг черной дыры. Однако Хокинг и его коллега Гари Гиббонс, с которым у него был общий кабинет в Кембридже в конце 1970-х, обнаружили, что такое излучение вырабатывается на любом подобном горизонте – не обязательно вокруг черной дыры.

Вселенная расширяется таким образом, что чем дальше друг от друга отстоят две области, тем быстрее они разбегаются друг от друга. Поэтому области пространства, достаточно далекие друг от друга, не могут «общаться» посредством световых лучей (да и чего угодно), поскольку пространство между ними расширяется быстрее скорости света. Если свет не может дойти от одной области до другой, значит, где-то есть горизонт, который свет не может пересечь, и этот горизонт разделяет две области пространства точно так же, как горизонт вокруг черной дыры отделяет все, что внутри, от всего, что снаружи.

Хокинг и Гиббонс показали, что подобного рода горизонт тоже излучает, как и горизонт черной дыры, и излучение распространяется от горизонта в обе стороны. В сегодняшней Вселенной, растянутой в результате расширения, воздействие этого излучения ничтожно, но на ранних этапах расширения Вселенной оно, вероятно, играло более значительную роль. Расширение Вселенной неуклонно замедляется, поскольку тяготение всего вещества во Вселенной стремится стянуть все обратно – в Большое Сжатие. Поэтому раньше, в юной Вселенной, темп расширения был гораздо выше, и воздействие излучения Хокинга с горизонтов было более заметным. Давным-давно даже стремительно расходящиеся области пространства еще не успели отдалиться друг от друга и располагались гораздо теснее.

Ричард Готт из Принстонского университета с готовностью подхватил гипотезу о том, что излучение с горизонтов могло повлиять на расширение Вселенной, и сумел сочетать ее с гипотезой инфляции. Ее изучал и Андрей Линде, но особенно не распространялся о своих находках – в отличие от общительного энтузиаста Готта.

Оказалось, что при определенных условиях излучение Хокинга в объеме пространства, заполненном такими горизонтами, порождает энергию, которая подпитывает инфляцию и заставляет Вселенную (точнее, метавселенную) расширяться сверхбыстро. Сверхбыстрое расширение создает новые горизонты, те, в свою очередь, испускают больше излучения – получаем сверхбыстрое расширение в процессе непрерывной инфляции, которая сама себя обеспечивает. Пузыри обычного низкоэнергичного стабильного вакуума, формирующиеся в безбрежном море инфляционного расширения, растут медленнее, поэтому, даже если два пузырька образуются по соседству, стремительное расширение разделяющего их ложного вакуума метавселенной не даст им слиться.

Однако при мысли о том, что это за «определенные условия», голова идет кругом. Температура излучения Хокинга должна быть около 10 31K, а плотность массы-энергии в ложном вакууме еще того поразительнее – 10 93граммов на кубический сантиметр. И вот в этом невероятном, стремительно расширяющемся ложном вакууме и возникают пузыри стабильного вакуума – и каждый из них превращается в самостоятельную вселенную.

По такому сценарию вселенная не одна – их бесконечно много, и они навеки разделены непроходимыми преградами сверхплотного ложного вакуума. В каком-то смысле эта гипотеза лишена смысла. Существование других вселенных, которые мы никогда не сможем пронаблюдать, вселенных, в принципе никак не влияющих на нашу, – предмет разговора для философа, а не для астрофизика. Однако оказывается, что создать вселенную можно разными способами, и по некоторым сценариям вселенные вполне могут взаимодействовать, а это уже заинтересует кого угодно, не только философов и астрофизиков.

Все эти разговоры о сверхплотности и сверхэнергии и смелые заявления о числах вроде 10 93граммов на кубический сантиметр заставляют задуматься о том, сколько же всего массы-энергии содержится в нашем пузырьке-вселенной (если, конечно, считать, что в каком-то из этих сценариев есть зерно истины). Ответ еще удивительнее: ноль. Оставим же философам беседовать о постоянной инфляции и вернемся к хокинговской модели вселенной, чтобы разобраться, как такое может быть.

Массу-энергию мы привыкли представлять себе как скопления вещества – звезды, планеты и так далее. Каждая из них вносит свой вклад в виде mc 2 в общую массу-энергию вселенной – но не только: столь же важную роль ( точно такую же важную роль, если гипотезы Хокинга верны) играет и гравитация. А у гравитационной энергии есть одна странность: она отрицательна.

Чтобы понять, что это значит, физики рассуждают о гравитационной энергии как о гипотетической совокупности частиц. Она равна нулю, если частицы бесконечно рассеяны – разнесены как можно дальше друг от друга. Но если под воздействием гравитации возникает скопление частиц, из которых, вероятно, впоследствии возникнет звезда, оно теряет гравитационную энергию. А поскольку изначально энергия частиц равна нулю, следовательно, к тому времени, когда они скопятся, чтобы образовать звезду или планету, энергия станет отрицательной. И если собрать все вещество со всей Вселенной в одной точке, его отрицательная гравитационная энергия ( —mc 2 ) в точности уравновешивает положительную массу-энергию всего вещества ( +mc 2 ).