Мартин Рис - Всего шесть чисел. Главные силы, формирующие Вселенную [litres]

В некоторых вселенных может быть иное количество измерений, в зависимости от того, сколько из первоначальных девяти пространственных измерений свернулось вместо того, чтобы развернуться. Даже в трехмерных пространствах может быть разная микрофизика и, возможно, разные значения числа λ, зависящие от типа шестимерного пространства, в которое свернулись другие измерения. Во вселенных могут быть разные значения числа Ω (которое фиксирует плотность и длительность их «цикла», если вселенные схлопываются) и Q (которое показывает «гладкость» вселенной и таким образом определяет, какие структуры могут в ней возникнуть). В некоторых тяготение может настолько взять верх над отталкивающим эффектом «энергии вакуума» (λ), что не смогут сформироваться ни галактики, ни звезды. Или ядерные силы могут не попадать в диапазон (число ε, близкое к 0,007), который позволяет таким элементам, как углерод и кислород, оставаться стабильными и синтезироваться в звездах, – следовательно, там не будет элементов из периодической таблицы. Некоторые вселенные могут иметь короткий срок жизни и быть такими плотными, что все в них остается близким к равновесию, с одной и той же температурой повсюду.

А другие вселенные могут быть просто слишком маленькими и простыми, чтобы вообще позволить развиться какой-либо сложной структуре. Я уже выделял одно основное число N, которое является чрезвычайно огромным – в нем 36 нулей. Его размер отражает слабость тяготения: чтобы оно могло иметь значение, должно собраться очень большое количество частиц, как это происходит, например, в звездах (связанных тяготением термоядерных реакторах). То, что звезды живут очень долго, – прямое следствие их размера. Этот долгий срок дает достаточно времени фотосинтезу и эволюционным процессам на планетах, обращающихся вокруг звезд. В главе 3 мы представляли себе вселенную, где число N было бы меньше 10 36, но все остальное (в том числе остальные пять чисел) осталось бы прежним. Звезды и планеты все еще могли бы существовать, но они были бы меньше и развивались быстрее. Они не дали бы достаточно длинных промежутков времени, которые требуются для эволюции. И притяжение раздавило бы все достаточно большое, чтобы развиться в сложный организм.

«Рецепт» любой «интересной» вселенной должен включать по крайней мере одно очень большое число: понятно, что не так уж много событий может случиться во вселенной, которая так ограниченна, что вмещает всего несколько частиц. Каждый сложный объект должен состоять из большого количества атомов. Чтобы развиваться по пути усложнения, требуется много времени – во много, много раз больше, чем нужно для одного атомного события.

Но изобилия частиц и длинного промежутка времени еще не достаточно. Даже если вселенная так же огромна, стабильна и имеет долгий срок жизни, как наша, она все равно может состоять только из инертных частиц темной материи. Это могло произойти как из-за того, что физические условия не позволили существовать обычным атомам, так и потому, что все они аннигилировали с равным количеством антиатомов.

Все эти умозрительные идеи дают новую точку зрения на число λ – ключевое число, которое определяет, сколько энергии содержится в пустом пространстве. Считается, что эта энергия, управляющая инфляцией, в латентном состоянии существует в вакууме. Это означает, что λ в отдаленном прошлом была больше на 120 порядков по сравнению со значением, которое оно может иметь сейчас. С такой точки зрения кажется удивительным, что число λ должно было ослабеть до такой степени, чтобы его значение приближалось к нулю. Есть три разных решения этой загадки.

Одно из них состоит в том, что микроструктура пространства (возможно, структурированные подобно пене объединения крошечных взаимосвязанных черных дыр) как-то направляет это число в нужном направлении. Вторая идея заключается в том, что спад происходит постепенно и каким-то образом связан с плотностью обычного вещества. Раз так, то, возможно, не случайно вакуум сейчас вносит в это число практически такой же вклад, как и обычное вещество, поэтому значение Ω составляет примерно 0,3, но в вакууме все еще хранятся запасы энергии, достаточные для того, чтобы обеспечить недостающие 0,7, которые нужны, чтобы довести общую плотность до критического значения для плоской вселенной.

Третья возможность состоит в том, что не существует никакого фундаментального объяснения малости числа λ в нашей Вселенной, но его «настройка» (как и «настройка» всех остальных наших чисел) – это необходимое условие нашего существования. Мы можем считать λ силой, нейтрализующей тяготение при определенной плотности. Именно это должно было происходить в статичной вселенной, которую имел в виду Эйнштейн, когда придумал это число. Поэтому, когда вселенная расширяется и обычное вещество становится более рассеянным, плотность на определенном этапе падает ниже критического уровня и отталкивание начинает «побеждать» тяготение. Возможно, наша собственная Вселенная уже прошла этот критический уровень, поэтому галактики ускоряются в своем движении от нас. Но представьте себе вселенную, которая была бы «установлена» точно так же, как наша, за исключением одного факта – число λ было бы намного больше. Тогда отталкивание взяло бы верх намного раньше. Если бы этот переход произошел до того, как сформировались галактики, они бы так и не возникли – такая вселенная была бы стерильной.

В мультивселенной число λ может принимать множество различных значений: оно может быть представлено как рядом дискретных чисел (определяемых тем, как свернулись дополнительные измерения), так и бесконечным множеством возможностей. В большинстве вселенных λ будет намного выше, чем в нашей. Но наша Вселенная может быть типичной в ряду тех, где галактики могут сформироваться.

Проблема мультивселенной может выглядеть сложной даже по космологическим стандартам, но она влияет на то, как мы оцениваем полученные из наблюдений доказательства в сегодняшних спорах о числах Ω и λ. Некоторые теоретики отдают предпочтение самой простой вселенной с достаточным количеством межгалактической темной материи (что противоречит лучшим сегодняшним доказательствам), чтобы число Ω стало точно равным единице. Это подразумевает некоторую «настройку» ранней Вселенной, довольно значительную и абсолютно идеальную. Эти ученые чувствуют себя неуютно с числом Ω, равным, скажем, 0,3, а еще хуже им делается от дополнительных усложнений, таких как число λ, не равное нулю. Как мы увидели, сейчас ситуация выглядит так, что, несмотря на их страстное желание такого упрощения, они будут разочарованы.