Карло Ровелли - Нереальная реальность. Путешествие по квантовой петле

Рис. 8.1.Генриетта Левитт

Но именно молодой бельгийский священник еще в 1927 году сделал ключевой вывод: если мы видим летящий вверх камень, значит, раньше он находился ниже и что-то швырнуло его вверх. Если мы видим удаляющиеся галактики и Вселенная расширяется, значит, раньше галактики были ближе, а Вселенная была меньше и что-то заставило ее начать расширяться. Молодой бельгийский священник выдвигает предположение, что Вселенная изначально была чрезвычайно маленькой и плотной и начала свое расширение с гигантского взрыва. Он называет это начальное состояние первоатомом. Сегодня мы знаем его как Большой взрыв.

Молодого бельгийца звали Жорж Леметр. По-французски его имя звучит как le maître , что означает «мастер», – трудно найти более подходящее имя для человека, который первым осознал факт Большого взрыва. Но, несмотря на свое имя, Леметр имел очень сдержанный характер; он избегал полемики и никогда не настаивал на своем приоритете в открытии расширения Вселенной, которое в итоге стали приписывать Хабблу. Два эпизода из его жизни иллюстрируют глубину его ума. Первый касается Эйнштейна, второй – папы римского.

Как уже упоминалось, Эйнштейн скептически отнесся к идее расширения Вселенной. Он вырос с мыслью, что Вселенная статична, и не мог принять идею, что это не так. Даже великие совершают ошибки и склонны к предубеждениям. Леметр встретился с Эйнштейном и попытался пошатнуть его предубеждения. Эйнштейн был непреклонен и дошел до того, что сказал Леметру: «Правильные вычисления, отвратительная физика». Позднее Эйнштейн был вынужден признать правоту Леметра. Не всякому дано опровергнуть Эйнштейна.

Эта ситуация повторилась еще раз. Эйнштейн ввел в свои уравнения небольшое, но важное дополнение – космологическую постоянную, о которой я писал в главе 3, в (ошибочной) попытке заставить уравнения описывать статическую Вселенную. Когда он признал, что Вселенная не статична, то отверг космологическую постоянную. Леметр во второй раз попытался убедить его изменить свое мнение: космологическая постоянная не делает Вселенную статичной, но она, тем не менее, правомерна и нет оснований ее отбрасывать. В этот раз Леметр тоже оказался прав: космологическая постоянная вызывает ускоренное расширение Вселенной, и это ускорение недавно было измерено. И вновь Эйнштейн ошибался, а Леметр оказался прав.

Рис. 8.2.Жорж Леметр. Авторские права Архива Жоржа Леметра, Лёвен

Когда идея появления Вселенной в Большом взрыве стала признаваться, папа Пий XII в публичном выступлении (22 ноября 1951 года) объявил, что эта теория подтверждает сотворение мира, описанное в Книге Бытия [111]. Леметр с большим беспокойством отреагировал на заявление папы. Он связался с научным советником понтифика и приложил большие усилия к тому, чтобы убедить папу не увязывать божественное творение с Большим взрывом. Леметр был убежден, что подобным образом смешивать науку и религию глупо и неоправданно: Библия ничего не знает о физике, а физика ничего не знает о Боге [112]. Пий XII согласился с его аргументацией, и католическая церковь никогда больше не делала публичных заявлений по этому вопросу. Не каждому выпадает честь опровергнуть папу.

И конечно, на этот раз Леметр тоже был прав: сегодня много говорят о том, что Большой взрыв – это не настоящее начало, что до него могла существовать другая вселенная. Только подумайте, в каком неудобном положении оказалась бы сегодня католическая церковь, если бы приняла официальную доктрину, что Большой взрыв и Творение – одно и то же. «Да будет свет!» превратилось бы во «Включите свет снова!».

Состязаться с Эйнштейном и папой, убеждая их, что они ошибаются, и оба раза оказаться правым – это впечатляющий результат. «Мастер» оправдал свое имя.

Сегодняшние данные не оставляют сомнений: Вселенная в далеком прошлом была чрезвычайно горячей и чрезвычайно плотной, и с тех пор она расширяется. Мы можем в деталях реконструировать историю Вселенной, начиная с ее первичного горячего и плотного состояния. Мы знаем, как образовались атомы, элементы, галактики и звезды и как развивалась известная нам Вселенная. Недавние тщательные наблюдения излучения, которое заполняет Вселенную, выполненные спутником «Планк», вновь в полном объеме подтвердили теорию Большого взрыва. Мы знаем с высокой степенью уверенности, что происходило с крупномасштабной структурой нашей Вселенной в течение последних 14 миллиардов лет, начиная с того момента, когда она была огненным сгустком.

Задумайтесь: первоначально выражение «теория Большого взрыва» было вброшено оппонентами теории, чтобы высмеять идею, которая казалась абсурдной… А в итоге мы все убеждены в том, что 14 миллиардов лет назад Вселенная была плотным огненным сгустком.

Но что же было до этого начального горячего и плотного состояния?

Возвращаясь назад во времени, мы видим, что температура растет наряду с плотностью вещества и энергии. В некоторый момент они достигают планковского масштаба – 14 миллиардов лет назад. В этой точке уравнения общей теории относительности перестают работать, поскольку больше нельзя игнорировать квантовую механику. Мы попадаем в царство квантовой гравитации.

Для понимания того, что случилось 14 миллиардов лет назад, нам нужна квантовая гравитация. Что петлевая теория говорит нам по этому вопросу?

Рассмотрим аналогичную, но более простую ситуацию. Согласно классической механике, электрон, падающий прямо на атомное ядро, должен быть поглощен им и исчезнуть. Но в реальности все происходит иначе. Классическая механика неполна, и необходимо принимать во внимание квантовые эффекты. Реальный электрон – это квантовый объект, и он не движется по точной траектории: его невозможно удержать в слишком малой области. Чем больше его сжимают, тем быстрее он ускользает. Если мы хотим остановить его возле ядра, то самое большее, что можно сделать, это вынудить его занять орбиту, соответствующую по размерам самой маленькой атомной орбитали: ближе к ядру он держаться не может. Квантовая механика не позволяет реальному электрону упасть в ядро. Квантовое отталкивание выталкивает электрон, когда он оказывается слишком близко к центру. Таким образом, материя оказывается устойчивой благодаря квантовой механике. Без нее электроны падали бы в ядра, атомов бы не существовало, а значит, и нас тоже.