Леонард Сасскинд - Космический ландшафт. Теория струн и иллюзия разумного замысла Вселенной

Я хотел бы вернуться к разговору о метастабильных субстанциях, но в несколько ином ракурсе. Предположим, что рассматриваемая нами субстанция надувается. Чтобы представить себе расширяющуюся метастабильную субстанцию, вообразите бесконечное мелкое озеро переохлаждённой воды. Для имитации клонирования пространства расположим вдоль всего дна озера трубы, через которые постоянно подаются всё новые порции переохлаждённой воды. Для того чтобы освободить место для новой жидкости, вода постоянно растекается в горизонтальном направлении – любые две молекулы воды постоянно удаляются друг от друга, а на освобождающееся между ними место поступают новые молекулы из проложенных вдоль всего дна труб. Если на поверхности озера окажутся две лодки, то они также будут постоянно удаляться одна от другой, пока совершенно не потеряют контакт. Озеро надувается в точности как пространство де Ситтера.

В этой инфлюирующей переохлаждённой жидкости будет происходить постоянная спонтанная пузырьковая нуклеация. Если образующийся пузырёк, – или в данном случае ядро кристаллизации – окажется достаточно большим, то оно начнёт расти, превращаясь в расширяющийся ледяной остров. Но из-за того, что ядра конденсации переносятся вместе с растекающейся во все стороны жидкостью, они будут удаляться одно от другого так быстро, что никогда не встретятся друг с другом. Водная гладь между образующимися ледяными островами расширяется, предотвращая превращение всего озера в ледяной монолит. Вода между островами вечно прибывает, оставаясь жидкой, несмотря на то что сами ледяные острова тоже растут бесконечно. Тем не менее любой наблюдатель, плывущий вместе с потоком воды, в конечном итоге окажется окружён льдом: по прошествии достаточного количества времени крошечные ледяные кристаллы, постоянно возникающие в окрестностях наблюдателя, в конце концов приведут к образованию льда, который поглотит наблюдателя. Это несколько парадоксально, но это так: в нашем озере всегда будет присутствовать бесконечное количество воды, однако любой произвольно выбранный объём этой воды рано или поздно превратится в лёд.

То, что я только что описал, является точной аналогией явления, называемого вечной инфляцией : растущие острова альтернативного вакуума в море вечно инфлюирующего пространства. И эта идея отнюдь не нова. Мой коллега из Стэнфорда Андрей Линде – один из величайших мыслителей – является автором многих современных космологических идей. С тех пор как я с ним познакомился, а знаком я с ним с тех пор, как он переехал из России в США, то есть около 15 лет, он не уставал проповедовать доктрину вечно инфлюирующей Вселенной, постоянно порождающей вакуумные пузырьки самых разнообразных видов. [93]Другой русско-американский учёный, Александр Виленкин также известен своими непрекращающимися попытками двинуть космологию в сторону суперинфлюирующего Мегаверсума, порождающего огромное разнообразие вселенных. Но большая часть физиков до самого последнего времени игнорировала эти идеи. Но что больше всего потрясает, так это то, что последние модификации теории струн – наши надежды на построение теории всего – очень близко соприкасаются с этими высказанными ранее космологическими идеями.

Если взять общую теорию относительности, добавить к ней квантовую механику и применить их к начальному сверхплотному состоянию Вселенной, приправив ландшафтом теории струн, в итоге неизбежно получится вечно раздувающаяся метастабильная Вселенная.

Если вы купили эту книгу в надежде найти в ней окончательный ответ на вопрос о происхождении Вселенной, боюсь, вы будете разочарованы. Такого ответа не знаю ни я, ни кто другой. Некоторые думают, что Вселенная началась с сингулярности – бесконечно малого объёма с бесконечной плотностью энергии. Другие, и в особенности Стивен Хокинг и его последователи, верят в квантовое туннелирование из ничего. Мы знаем только одно: Вселенная когда-то началась. И в какой-то момент времени в прошлом она находилась в состоянии с очень большой плотностью энергии и, возможно, претерпела инфляционное расширение. Почти все космологи «верят» в то, что гипотеза об инфляционной стадии расширения Вселенной очень хорошо объясняет многие космологические загадки. В главе 4 я уже рассказывал о наблюдательных фактах, лежащих в основе этой веры.

Мы все уверены, что наблюдаемая история нашей Вселенной началась примерно 14 миллиардов лет назад в точке Ландшафта, где плотность энергии оказалась достаточной для того, чтобы обеспечить инфляционное расширение пространства как минимум в 10 20раз. Причём эта величина, вполне возможно, недооценена. Плотность энергии в эту эпоху была невероятно огромна – мы не можем сказать, насколько огромна, но уж точно несоизмеримо больше, чем плотность энергии, достижимая в самых мощных ускорителях элементарных частиц. По-видимому, в то время Вселенная ещё не была поймана в ловушку одной из долин Ландшафта, а покоилась на относительно гладком и пологом плато. В процессе инфляции наш карман пространства (наша наблюдаемая Вселенная) медленно двигался по этому плато, имевшему небольшой уклон, к крутому обрыву в его конце. При падении с обрыва потенциальная энергия нашей Вселенной преобразовалась в тепло и элементарные частицы, породив материю, из которой впоследствии образовались звёзды и галактики. Это событие, при котором Вселенная заполнилась веществом, носит название повторный разогрев . После этого она скатилась на дно нашей долины с тонко настроенной под удобное для нашего существования значение космологической постоянной. Вся наша космология относится именно к этому короткому периоду падения Вселенной от одного значения энергии вакуума к другому. Именно в этот период произошли все самые интересные события в истории наблюдаемой Вселенной.

Как карман с нашей Вселенной оказался на краю обрыва? Этого мы не знаем. Но очень удобно считать, что Вселенная началась именно тут. Без инфляции, вызванной высокой плотностью энергии на плато, вселенная не смогла бы эволюционировать в ту заполненную веществом Вселенную, которая нас окружает: достаточно большую, достаточно гладкую, достаточно однородную и при этом имеющую именно такую степень неоднородности, которая лучше всего подходит для возникновения жизни.

Проблема теории, которая ставит нас в начале времён на край обрыва, в том, что это всего лишь одна из колоссального количества возможных отправных точек. Единственное отличие этой точки от других состоит в том, что она предоставляет потенциальную возможность для развития жизни. Случайное помещение Вселенной в такую удачную точку Ландшафта – не лучший аргумент для исследователя, который хочет объяснить происхождение нашего мира без апелляции к концепции разумного замысла. Но, как я расскажу далее, теория, содержащая гигантский ландшафт, и не требует никакого выбора. На мой взгляд, совершенно неизбежно, более того, математически доказуемо, что если ландшафт очень разнообразен, то всегда найдётся такая часть пространства, которая эволюционирует в удачную для нас точку Ландшафта. Но не все с этим соглашаются.