Читать книгу "О происхождении времени. Последняя теория Стивена Хокинга - Томас Хертог"

понимали, что от тех островных вселенных в составе мультивселенной, где инфляция закончилась и перешла в горячий Большой взрыв, можно ожидать самых широких различий в структуре и составе: в некоторых могут быть запасы вещества, достаточные для образования миллиардов галактик, в то время как другие могут оказаться почти пустыми. Однако в рамках теории струн масштабы отличий островных вселенных друг от друга становятся просто непредставимо огромными. Теория говорит, что на вечно расширяющейся арене инфляции может разыгрываться невероятное разнообразие сценариев островных вселенных, каждая из которых должна нести в себе следы своего рождения, со своим собственным уникальным каскадом переходов, происшедших в процессе ее расширения и остывания. Мультивселенная в целом тогда предстает пестрой мозаикой поистине ошеломляющего масштаба, лоскутки которой каким-то образом скрепила невидимая рука метазаконов теории струн.

У изучающих свой мир обитателей какой-то из этих островных вселенных могло бы сложиться впечатление, что их физические законы универсальны. Им, этим существам, могло бы даже подуматься – уж не приспособил ли кто-то тщательно и гостеприимно эти законы к появлению жизни? Но в пестрой мультивселенной теории струн это было бы лишь иллюзией. То, что мы называем «законами физики», было бы лишь местными закономерностями, замороженными реликтовыми отражениями обстоятельств конкретного пути, которым следовал наш участок космического пространства, остывая после горячего Большого взрыва. Так же как замеченная Дарвином форма клюва галапагосских вьюрков или правосторонняя закрученность спирали ДНК, свойства частиц и сил были бы не отражением высшего замысла, но всего лишь особенностями нашего локального космического окружения. Дело просто в том, что подобный дарвиновскому естественному отбору процесс, породивший действующие физические законы, происходил в очень и очень далеком прошлом – и это скрывает от нас их эволюционный характер.

Я живо помню лекцию Леонарда Сасскинда «Антропный пейзаж теории струн»[141], прочитанную на симпозиуме «Вселенная или Мультивселенная?» – одной из первых научных конференций, где были представлены как струнные теоретики, так и космологи. Симпозиум проходил в марте 2003 года в Стэнфордском университете под руководством Линде и знаменитого писателя и физика-теоретика Пола Дэвиса. Теоретики были настроены празднично. Уже много лет продвижение к окончательной теории, которая единственно возможным образом описала бы наблюдаемый мир, топталось на месте. На симпозиуме Сасскинд поразительным образом сменил ракурс этого движения: он утверждал, что поиски просто шли в неверном направлении. Теория струн покоится на прочных и глубоких математических принципах, говорил он, но она не является физическим законом в обычном смысле – мы должны воспринимать ее как метазакон, который управляет мультивселенной, состоящей из бесчисленных островных вселенных со своими локальными физическими законами.

Позже в том же году, в Санта-Барбаре, в Институте теоретической физики Кавли начались работы по первой программе космологии суперструн. В переполненной аудитории сияющий от счастья Линде объяснял ловившим каждое его слово струнным теоретикам, как его механизм вечной инфляции, генерирующий вселенные, может породить бесконечное обилие островных вселенных. В нарисованной им картине мира они заполняют даже самые отдаленные уголки математического пейзажа теории струн. Вечная инфляция, заявил он, обращает безграничную вариативность теории в реальную космическую мозаику – мультивселенную.

Беспокоило, однако, что в метазаконах теории струн не говорилось ровно ничего о том, где нам искать себя в этом сумасшедшем космическом лабиринте, а значит, и о том, какого рода Вселенную мы должны рассчитывать наблюдать вокруг себя. Мультивселенная сама по себе безлична и неполна. Эту парадоксальную ситуацию я уже описывал в главе 1: как физическая теория мультивселенная лишает физику ее предсказательной силы.

Но Сасскинд предложил новую грандиозную сделку. Объединяя идею мультивселенной с антропным принципом, утверждал он, эти затруднения с объяснениями можно устранить, вывернув их наизнанку. Ведь антропный принцип выбирает в мультивселенной участок, благоприятный для жизни. Сам по себе антропный принцип нельзя считать научным, но в сочетании с мультивселенной, продолжал Сасскинд, он приобретает реальную предсказательную силу.

Сасскинд выдвинул «космологию антропной мультивселенной» в качестве новой парадигмы фундаментальной физики и космологии, заменив ею ортодоксальные рамки физики, основанной только на объективных и вечных законах.

Оглядываясь назад, можно сказать, что настоящим триггером «антропной революции» в космологии было взаимодействие между упомянутыми прозрениями в теории струн и новыми наблюдениями, указывавшими на присутствие пронизывающей все пространство невидимой темной энергии. Я уже упоминал о том, что на рубеже XXI столетия астрономические наблюдения сверхновых к почти всеобщему изумлению показали: расширение Вселенной в течение последних пяти миллиардов лет ускоряется.

Отчаянно пытаясь найти объяснение этому, теоретики воскресили пресловутый эйнштейновский λ-член, связав с ним темную энергию и отрицательное давление, на самых больших масштабах придающие гравитации свойство отталкивания. Количество темной энергии – значение космологической постоянной λ, требуемое для того, чтобы объяснить наблюдаемое ускорение, оказалось, однако, необычайно малым: поразительные 10-123 от того, что многие считали ее естественным значением. Такое невероятное расхождение между ожидаемым и наблюдаемым имеет отношение к квантовой механике, которая предсказывает, что пустое пространство должно кишеть виртуальными частицами, вибрациями квантового вакуума. Энергия, ассоциируемая со всей этой бешеной активностью вакуума, и определяет космологическую постоянную. Но когда физики сложили вклады всех виртуальных частиц, они получили абсурдно огромное значение космологической постоянной λ – настолько огромное, что оно бы разорвало Вселенную на части, прежде чем галактики еще только начали бы формироваться.

Вплоть до конца 1990-х большинство теоретиков предполагало, что в сердце теории струн существует еще не открытый принцип симметрии, который однозначно приводит темную энергию к нулю. Но сделанное в начале 2000-х открытие, что теория допускает существование расширяющейся мультивселенной, и поставленное с ним в связь потрясающее наблюдательное доказательство того, что космологическая постоянная все-таки не равна нулю, привели к резкой смене представления о «естественном значении» λ. Так поиск фундаментального объяснения нулевого значения постоянной быстро сменился убеждением, что количество темной энергии в огромной и пестрой мультивселенной случайным образом изменяется от одной островной вселенной к другой и что антропный принцип выбрал то очень малое, но ненулевое значение постоянной, которое мы наблюдаем.

Довольно интересно, что первые связанные с антропным принципом соображения в этом контексте появились задолго до теоретических и наблюдательных достижений конца 1990-х. Еще в 1987 году, когда от рассуждений о мультивселенной все отмахивались как от дешевой метафизики, Стивен Вайнберг предложил замечательный мысленный эксперимент, в котором он сосредоточился на значении космологической постоянной с точки зрения антропного принципа. Вайнберг представил гипотетическую мультивселенную и исследовал вопрос о том, в каких островных вселенных развилась бы галактическая паутина. Он отметил, что это условие накладывает крайне жесткий верхний предел на локальное значение космологической постоянной. Фактически в островных вселенных, где λ лишь чуть-чуть больше, чем наблюдаемое нами значение, расширение начало бы ускоряться через миллионы, а не миллиарды лет после тамошнего Большого взрыва, не оставляя веществу