Читать книгу "Почему мы существуем? Величайшая из когда-либо рассказанных историй - Лоуренс Краусс"

Однако, к сожалению, заявление BICEP оказалось преждевременным. Аналогичный сигнал могли дать другие фоновые явления в нашей Галактике, и на момент написания книги ситуация по-прежнему представляется мутной; однозначного подтверждения ни инфляции, ни квантовой гравитации пока нет.

Совсем недавно, между завершением первого черновика этой книги и ее окончательным вариантом, было сделано первое достоверное открытие гравитационных волн; сделал его удивительный комплект детекторов, известный как LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) и расположенный в Хэнфорде (штат Вашингтон) и Ливингстоне (штат Луизиана). LIGO – впечатляющая масштабная установка. Чтобы обнаружить гравитационные волны, порожденные слиянием черных дыр в далеких галактиках, экспериментаторам нужно зафиксировать колеблющуюся разницу в длине двух перпендикулярных плеч детектора длиной по четыре километра каждое, равную одной тысячной доле размера протона. Это все равно что измерить расстояние от Земли до ближайшей к нашему Солнцу звезды, альфы Центавра, с точностью до толщины человеческого волоса!

Как ни поразительно открытие инструментом LIGO гравитационных волн[14], сами волны, которые удалось зарегистрировать, представляют собой результат далекого астрофизического столкновения, а не первых мгновений Большого взрыва. Однако успех LIGO даст старт строительству новых детекторов, так что гравитационная астрономия станет, скорее всего, астрономией XXI века.

Если продолжатели дела LIGO и BICEP в этом или следующем столетии смогут непосредственно измерить сигнатуру инфляционных гравитационных волн, это откроет перед учеными окно прямо в физику Вселенной в тот момент, когда ее возраст составлял менее одной миллиардной миллиардной миллиардной миллиардной доли секунды. Это позволит нам непосредственно проверить и свои представления об инфляции, и даже Великое объединение, а может быть, даже прольет свет на возможное существование иных вселенных, разом превратив то, что сегодня является метафизикой, в физику.

Пока же инфляция – это всего лишь мотивированное предположение, судя по всему, естественным образом разрешающее большинство основных загадок космологии. И хотя инфляция остается единственным кандидатом на фундаментальное теоретическое объяснение главных наблюдательных особенностей нашей Вселенной, она полагается на существование нового, введенного ситуативно скалярного поля, придуманного исключительно для того, чтобы породить инфляцию, и точно настроенного на то, чтобы запустить ее, когда ранняя Вселенная только начала остывать после Большого взрыва.

До открытия бозона Хиггса это рассуждение можно было считать в лучшем случае правдоподобным. Притом что нам не было известно ни одного примера какого-либо фундаментального скалярного поля, предположение о том, что нарушение симметрии Великого объединения возникает в результате действия еще одного простого хиггсоподобного механизма, было экстраполяцией, опиравшейся на ненадежное основание. Как я уже отмечал, нарушение электрослабой симметрии стало очевидным с открытием W- и Z-частиц. Однако простое хиггсовское поле вполне могло оказаться сказочным заменителем какого-то гораздо более сложного и, возможно, гораздо более интересного фундаментального механизма.

Теперь ситуация изменилась. Бозон Хиггса существует, а с ним существует, очевидно, и фоновое скалярное поле, пронизывающее на сегодняшний день все пространство Вселенной, придающее массу частицам и порождающее такие характеристики Вселенной, при которых возможно наше существование. Если и правда существует теория Великого объединения, собирающая все три взаимодействия в одно где-то у начала времен, то примерно тогда же должно было произойти какое-то нарушение симметрии, в результате которого три известных негравитационных взаимодействия начали расходиться в свойствах. Бозон Хиггса демонстрирует, что нарушение симметрии в законах природы может возникать в результате присутствия в пространстве конденсата скалярного поля. Таким образом инфляция в том или ином варианте становится намного более естественной и потенциально шаблонной возможностью. Как в шутку сказал однажды мой коллега Майкл Тёрнер, перефразируя главу Федеральной резервной системы Алана Гринспена, «периоды инфляции неизбежны!».

Это заявление может оказаться более провидческим, чем кто-то в то время мог вообразить. В 1998 г. было обнаружено, что наша Вселенная в настоящее время переживает новый вариант инфляции; подтвердились некоторые более ранние и слегка еретические предсказания отдельных теоретиков. Как я упоминал ранее, это подразумевает, что большая часть энергии Вселенной в настоящее время, судя по всему, скрыта в пустом пространстве – это наиболее правдоподобное объяснение того, почему наблюдаемое расширение Вселенной ускоряется. Нобелевская премия была присуждена Брайану Шмидту, Адаму Риссу и Саулу Перлмуттеру за открытие этого замечательного и весьма неожиданного явления. Естественно, встают вопросы: что могло бы стать причиной текущего ускоренного расширения? Каков источник этого нового типа энергии?

Здесь видятся две возможности. Во-первых, это может оказаться фундаментальным свойством пустого пространства. На самом деле эту возможность предрек еще Альберт Эйнштейн вскоре после того, как разработал общую теорию относительности. По его мнению, в этой теории могло содержаться нечто, названное им «космологической постоянной». Сегодня мы понимаем, что эта постоянная, возможно, просто представляет собой ненулевую энергию основного состояния Вселенной, которая продолжит существовать в будущем до бесконечности.

Или, во-вторых, это может быть энергия, накопленная в еще одном невидимом фоновом скалярном поле Вселенной. Если это так, то следующий очевидный вопрос: высвободится ли эта энергии в процессе еще одного будущего фазового перехода, подобного тому, которым завершилась инфляция, когда Вселенная еще охладится?

В настоящее время ответа нет, проблема ждет своего исследователя. Хотя предположительная плотность энергии пустого пространства на сегодня больше, чем плотность энергии всего остального, что мы видим во Вселенной, в абсолютных единицах на шкале энергий, связанных с массами известных нам элементарных частиц, она мала до чрезвычайности. Ни у кого нет разумного объяснения на основе первичных принципов и известных в физике элементарных частиц механизмов, как энергия основного состояния Вселенной может быть ненулевой и давать в результате космологическую постоянную Эйнштейна, но при этом оказаться столь малой, чтобы допускать то плавно ускоряющееся расширение, которое мы испытываем в настоящий момент. (Одно правдоподобное объяснение все же существует – первым его высказал Стивен Вайнберг. Хотя это объяснение умозрительно и опирается на спекулятивные идеи о возможных законах физики далеко за пределами той области, которую мы на сегодняшний день понимаем. Если существует много вселенных, а плотность энергии пустого пространства, принимаемая за космологическую постоянную, не устанавливается жестко фундаментальными физическими ограничениями, а вместо этого случайно варьирует от одной вселенной к другой, то только в тех вселенных, где энергия пустого пространства ненамного выше той величины, которую мы измеряем у себя, возможно формирование галактик, а потом звезд, и уж потом планет, и только потом астрономов…)