Борис Штерн - Прорыв за край мира

Представить себе кривизну трехмерного пространства мы не можем, но с двумерным проще, поскольку природа дала нам объемное воображение. Мы можем представить кривизну, изгибая его в третьем измерении, которое недоступно для двумерных наблюдателей, живущих в этом двумерном пространстве. Для математического описания и формулировок физических законов дополнительное измерение не нужно — только для нашего воображения.

Итак, воспользуемся третьим измерением и представим, что на синем фоне вверх выпячивается фиолетовый бугор. Разница в скорости расширения синего и фиолетового не так уж и велика, но если вспомнить, что эти скорости стоят в экспоненте, фиолетовый бугор начнет превращаться в гигантский пузырь, горловина которого будет тоже расти, но с отставанием. Далее, на поверхности этого пузыря возникнут новые выступы и пузыри, и вечная инфляция предстанет в виде безудержно пузырящейся пленки, с ускорением расширяющееся во все стороны уже трехмерного пространства. Картина при этом остается фрактальной уже и в трех измерениях. Напомним, третье измерение введено нами для наглядности, но тут уже и оно перестает помогать нашему воображению. Сразу представляется коллизия: пузыри не умещаются в трехмерии и наезжают друг на друга — на самом деле ничего подобного не происходит, это лишь дефект нашего представления.

Кстати, очень интересная метаморфоза происходит с горловиной раздувающегося пузыря. Здесь замешаны достаточно сложные эффекты общей теории относительности. Это тот случай, когда лучше просто сослаться на мнение эксперта. Адекватным экспертом в данном случае является Игорь Ткачёв, поскольку еще в 1980-х годах они с Виктором Березиным и Вадимом Кузьминым решили похожую задачу. Вывод таков: горловина превращается в так называемую кротовую нору, связывающую одно пространство с другим. Со стороны пространства, где инфляция закончилась и образовалась новая вселенная, эта кротовая нора выглядит как обыкновенная черная дыра. Масса этой черной дыры может быть любой — все зависит от конкретных обстоятельств выдувания пузыря. В частности, эта масса может составлять стони миллионов или миллиарды солнечных масс — как у черных дыр в центрах галактик. Правда, вероятность, что подобная кротовая нора есть в наблюдаемой части нашей Вселенной, ничтожна — пока инфляция заканчивается и кротовая нора формируется, всё успевает разлететься на огромные расстояния и произвольный наблюдатель уносится далеко за пределы досягаемости. Вероятно, все черные дыры в центрах галактик — продукт истории Вселенной после Большого взрыва и никакого отношения к реликтовым кротовым норам не имеют. Путешествовать по вселенным из одной в другую через кротовые норы невозможно, даже если повезет оказаться вблизи кротовой норы — попытка прыгнуть в нее приведет наблюдателя в горловину, где плотность скорее всего близка к планковской и никакие классические объекты существовать не могут. Правда, теоретики изобретают разные варианты уравнения состояния материи, с которыми плотность в горловине оказывается ниже, но все равно такие прыжки крайне не рекомендуются, тем более, что заранее убедиться в правоте теоретиков едва ли возможно.

Таким образом, перед нами открывается картина вечной инфляции в виде растущих и множащихся пузырей разных размеров. На раздувающихся пузырях образуются пятна сильного поля, выдувающиеся в новые пузыри, которые расширяются быстрее. Каждый пузырь со временем превратится во вселенную, пройдя через стадию большого взрыва, но до этого от него ответвятся новые пузыри с сильным полем. Горловины превратятся в кротовые норы, связывающие вселенные. Некоторые из кротовых нор, у которых масса мала, испаряются в соответствии с механизмом Хокинга, тогда связь между вселенными теряется. Образуется бесконечная сеть сложной топологии, которая растет по экспоненциальному закону.

И так во веки веков.

Новые вселенные продолжают образовываться здесь и там. Они разносятся в стороны, порождают новые и т.д. В широком поле зрения мы видим мириады вселенных. Каков их размер и возраст? Возраст подавляющего большинства порядка 10 -34с или меньше. Доля старых вселенных катастрофически мала: расстояние между вселенными типа нашей удвоилось 10 54раз и составляет 10 10(всё равно чего — сантиметров или парсек). Тем не менее, число старых вселенных тоже огромно — таков закон инфляции. Что касается размера рождающихся вселенных — тут разброс может быть каким угодно: наша родилась диаметром не менее метра (на момент Большого взрыва), а верхний предел может быть любым.

Через миллиарды лет картина не изменится: все новорожденные вселенные, упомянутые выше, созреют и будут разнесены на гигантские расстояния — в каких-то из них возникнет жизнь. За это время число вселенных опять удвоится 10 54раз и т.д.

Мы попытались решить очень сложную для нашего воображения задачу. Насколько это решение оказалось удачным, сильно зависит от индивидуального восприятия читателя. Облегчающим обстоятельством является то, что задача, по крайней мере, на данном уровне рассмотрения (дальше будет хуже), описывается довольно простой математикой.

По-видимому, эта сильно упрощенная умозрительная модель вечной инфляции — крайний рубеж, на котором наше воображение еще на что-то способно. Скорее всего, реальная картина гораздо сложней — в ходе тотального раздувания пространства меняется число измерений, могут возникать так называемые браны — миры меньшего числа измерений, вложенные в пространства большего числа измерений. Топологические курьезы, которые там могут возникать, представить невозможно. Однако математика давно работает с понятиями, которые невозможно представить, поэтому наука не собирается отступать на этом рубеже.

Итак, в роли внешнего наблюдателя, стоящего вне пространства и законов физики, мы видим грандиозный вечный акт творения экспоненциально растущего числа вселенных. Теперь лишим себя одной из сверхъестественных возможностей — видеть пространство всё сразу «извне» — и представим, что, тем не менее, можем телепортироваться внутрь разных мест пространства. Если мы телепортировались в область идущей инфляции, нам нужно уменьшиться до околопланковских размеров, иначе разорвет. Ничего интересного мы не увидим — горизонт будет составлять 10 -27см, всё разлетается, всё всюду одинаково с точностью до квантовых флуктуаций. Фактически мы лишены возможности передвигаться: к сверхъестественному свойству двигаться быстрее света не прибегаем, а свет в масштабе всей грандиозной картины движется очень медленно. Однако если подождать, будет интересно. Рано или поздно поле ослабнет, потом катастрофически быстро передаст свою энергию частицам. Несмотря на то, что инфляция вечная, для каждого конкретного наблюдателя это произойдет обязательно, причем довольно быстро: вечность в инфляции для него закрыта. Как это объяснить?