Олег Фейгин - Квантовые миры Стивена Хокинга

С годами на базе петлевой гравитации была создана обширная теория, дающая новую картину природы пространства и времени на уровнях планковского масштаба. Самый удивительный ее аспект в том, что на этом масштабе пространство оказывается не непрерывным, а состоящим из дискретных элементов, мельчайших единиц пространства, подобных открытым столетие назад квантам энергии. Объем такой минимальной единицы задается кубом планковской длины. Площадь поверхности, отделяющая одну область пространства от другой, измеряется в дискретных единицах, мельчайшая из которых в грубом приближении равна квадрату планковской длины. Таким образом, если взять некий произвольный объем пространства и измерить с очень высокой точностью, мы обнаружим, что значение объема будет укладываться в дискретный ряд чисел, подобно тому как это происходит с энергией электрона в атоме. А равно, как и в случае энергетических уровней атома, здесь тоже можно вычислять дискретные площади и объемы на основе теоретических выкладок.

Важный урок состоит в том, что квантовая гравитация, на многие десятилетия озадачившая лучшие умы планеты, может оказаться очень простой, если ее рассматривать в терминах правильных переменных. Будем надеяться, что вскоре у нас появится простое описание парадоксального Мироздания, включая и сам момент рождения Вселенной — Большой взрыв.

Поиск новых закономерностей гравитационного взаимодействия между материальными телами всегда был одним из интереснейших вопросов физики. Особенно много опытов было поставлено по определению силы тяготения между разнородными веществами. Здесь несомненная пальма первенства принадлежит венгерскому физику Роланду фон Этвешу. Еще без малого столетие назад Этвеш выполнил множество уникальных по точности экспериментов для проверки зависимости силы гравитационного притяжения от материала взаимодействующих тел. Он изучал притяжение подвешенных на тонких нитях грузов. Они крепились на нитях асимметрично их центрам, и даже очень-очень слабое притяжение закручивало нити, а это можно увидеть, например, по перемещению светового зайчика, отброшенного на экран прикрепленным к нити крохотным зеркалом.

Многие космологи и астрофизики утверждают, что всего этого уже достаточно, чтобы решить задачу о том, что происходит со Вселенной при приближении к сингулярности.

Такого же мнения придерживался и Хокинг, а решения полученных им уравнений показали, что при экстремальном «сжатии» Вселенной пространство как бы рассыпается. При этом, по выводам теоретика, квантовая геометрия не позволяет уменьшить конечный объем до нуля. На определенном этапе неизбежно должна произойти остановка и вновь начаться расширение. Эту последовательность состояний можно отследить как вперед, так и назад во «времени», а значит, в этой теории до Большого взрыва с неизбежностью присутствует Большой хлопок — катастрофическое сжатие «предыдущей» вселенной. При этом свойства этой предыдущей вселенной не теряются в процессе коллапса, а однозначно передаются в нашу Вселенную.

Ну а теперь вспомним, что, рассуждая о возможных проявлениях ячеистой структуры пространства-времени мы забыли о самом главном событии в истории Мироздания — его рождении в пучинах Большого взрыва. Элементарная логика подсказывает, что если атомы пространства и времени существуют, то они должны были проявиться в самом начале эволюции Вселенной. Именно тогда и должна была возникнуть космологическая стрела времени, управляющая течением всех процессов и явлений нашего Мира.

Несмотря на шокирующую экзотику построений Эверетта — Уилера, сама по себе гипотеза множественных вселенных оказалась довольно продуктивной, вызвав еще один поток работ в области квантовой космологии. В их основе лежит удивительная модель инфляционного Большого взрыва. Согласно инфляционному сценарию наш Мир родился из неизвестно чего под названием космологическая сингулярность. Отвечая на вопросы слушателей после очередной лекции о происхождении нашего Мира, Хокинг, чтобы поставить на место излишне любопытствующих об этом совершенно непонятном состоянии материи, иронизируя, весомо добавлял: «Это была квантовая космологическая сингулярность!»

Итак, из его рассуждений следовало, что по истечении 10–43 секунды постсингулярного развития Вселенная «приобрела свое тело», мгновенно расширившись до наблюдаемых размеров. Это кратковременное сверхбыстрое (инфляционное) расширение и дало название данной теории. Что же «сдетонировало» в ходе Большого взрыва, породившего наш Мир?

Приверженцы инфляционной теории раздувающейся Вселенной во главе с Хокингом считают, что на изначальном этапе существовал только физический вакуум, пронизанный неким первичным полем, параметры которого сильно менялись из-за квантовых флуктуаций, «вспенивающих» изначальное пространство-время.

Квантовая флуктуация — это неопределенность параметров какого-то процесса, его «размазанность», и если одна из таких флуктуаций достигнет надкритического размера («размытость» параметра пересечет своим краем некоторую критическую границу), это может привести к острому локальному экстремуму (вспоминаем школьную математику!) интенсивности поля. Этот полевой «подскок» параметров и может создать условия для выхода на инфляционный режим. В итоге возникает молниеносно расширяющийся пузырек — зародыш нашей Вселенной, за невообразимо малый «квантовый» срок заполняющий как минимум объем Метагалактики.

Так, по крайней мере умозрительно, рождается вселенская сцена, на которой материя и энергия по тщательно и не очень выписанным сценариям теорфизиков-космологов начинают разыгрывать грандиозный спектакль под названием «Наша физическая реальность»! Тут надо заметить, что режущее вначале слух слово «сценарий» ученые, работающие в области космологии, науки о Вселенной в целом, любят применять к любым «глобальным» процессам, ведь все же приятно хоть изредка чувствовать себя этаким всемогущим демиургом — сверхъестественным существом, создающим иные миры!