Мир многих миров. Физики в поисках иных вселенных. - Александр Виленкин

Кампус Тафтса, стоящий на пологом склоне холма и окруженный тенистыми вязами, наполнен атмосферой изящества и покоя. Поднимаясь по ступеням на холм, к ядру кампуса, и проходя мимо укрытой ивами часовни в романском стиле, можно заметить странный памятник. Большая гранитная плита поднимается вертикально из земли подобно старинному надгробию. Надпись на ней гласит:

"Данный монумент воздвигнут Роджером У. Бэбсоном, основателем Фонда исследований гравитации. Он призван напоминать студентам о прекрасном будущем, когда будут открыты полуизоляторы, способные обуздать гравитацию как свободную энергию и сократить число авиакатастроф".

Это пресловутый антигравитационный камень, знак моей судьбы.

Роджер Бэбсон, основатель Бэбсоновского колледжа, был живым свидетельством того, как проницательность в управлении бизнесом может мирно уживаться с самыми ненаучными идеями. Он утверждал, что, опираясь на законы механики Ньютона, предсказал биржевой крах 1929 года и последовавшую за ним Великую депрессию. С Ньютоновой помощью он сколотил огромное состояние и в благодарность сэру Исааку выкупил помещение, служившее последним местом проживания Ньютона в Лондоне, а также яблоню из потомства того знаменитого дерева, которое росло возле родного дома Ньютона в Линкольншире. Согласно легенде, именно с него упало яблоко, которое навело Ньютона на мысль о гравитации. И, как вы могли догадаться, именно гравитация занимала центральное место во вселенной Бэбсона.

Одержимость Бэбсона гравитацией восходит к временам его детства, когда его сестра утонула в реке. Он винил в ее смерти гравитацию и решил освободить человечество от ее фатального притяжения. В своей книге "Гравитация — наш враг номер один" Бэбсон описывает преимущества, которые принес бы изолятор, противодействующий гравитации. Он бы уменьшил вес самолетов и повысил их скорость; его применение в подошвах обуви снизило бы вес при ходьбе. Знаменитый изобретатель Томас Эдисон, с которым Бэбсон дружил всю жизнь, навел его на мысль, что в коже птиц может содержаться некое антигравитационное вещество, и Бэбсон немедленно приобрел коллекцию из пяти тысяч птичьих чучел. Неясно, что именно он с ними потом делал, но, очевидно, это направление исследований не принесло успеха.

К чести Бэбсона надо признать, что он действительно вкладывал деньги в то, о чем говорил. Он сделал пожертвования нескольким университетам, включая Тафтский, чтобы способствовать антигравитационным исследованиям. Единственным условием этого гранта была установка в кампусе данного монумента с надписью.

Странное сооружение смущало администрацию Тафтса и послужило поводом для многочисленных студенческих забав. Время от времени оно исчезает, а потом появляется там, где его менее всего ожидают найти. Однажды оно преградило вход попечительскому совету и президенту университета в день вручения дипломов. В другой раз казалось, что камень действительно пропал, но чудесным образом он объявился на своем месте спустя десять лет. Оказалось, что группа студентов зарыла его где-то на территории кампуса, а затем выкопала и вернула на место на юбилейной встрече выпускников. Одной только гравитации было явно не под силу удержать камень на постаменте, так что в конце концов его закрепили в земле при помощи цемента.

Поскольку мало кто из ученых станет утверждать, что ведет активные исследования по антигравитации, получить деньги Бэбсона оказалось весьма непросто. Не то чтобы никто этого не пробовал: президент университета Джин Мейер, диетолог по специальности, безуспешно пыталась доказать, что потеря веса — это антигравитация. После многих лет дискуссий и юридических доказательств деньги наконец пошли на учреждение Института космологии Тафтса.

Как у любой уважающей себя академической организации, у нашего института есть свой уникальный ритуал — церемония "инаугурации" получающих докторскую степень по космологии. После защиты диссертации на голову новоиспеченного доктора, стоящего на коленях перед антигравитационным камнем, роняют яблоко. Оно падает из руки научного руководителя работы и должно быть съедено новоиспеченным доктором.

Рис. 7.1. Доктор Виталий Ванчурин (Vitaly Vanchurin) после присуждения ему докторской степени в окружении сотрудников Института космологии. Слева направо Ларри Форд (Larry Ford), Кен Олам (Ken Olum) и автор.

К моменту учреждения Института космологии Бэбсон уже давно умер, а его Фонд гравитационных исследований превратился в респектабельное учреждение, выдающее гранты на исследования по гравитационной тематике. Никто, естественно, не ждал, что космологи Тафтса станут изучать антигравитацию, но, как это ни удивительно, они занялись именно этим. Большая часть исследований в институте связана с ложным вакуумом и отталкивающей гравитацией, которую естественно считать антигравитацией. Так что, я думаю, мистер Бэбсон не смог бы найти лучшего применения своим деньгам. Даже несмотря на то, что мы так и не преуспели в сокращении числа авиакатастроф.

Глава 8

Вечная инфляция

Я думаю, самый вероятный ответ на вопрос о том, что было до инфляции, — еще большая инфляция. 

Вселенная за горизонтом

 Что лежит за нашим сегодняшним горизонтом? Этот вопрос занимал меня с самых первых дней знакомства с инфляцией. Если нам видна лишь крошечная часть Вселенной, то какова же ее общая картина — вроде того вида нашей планеты, что открывается космическому путешественнику, когда его корабль удаляется от Земли?

Теория возмущений плотности давала об этом некоторое представление. В соответствии с нею рисунок распределения галактик в пространстве определяется квантовыми флуктуациями, которые испытывало скалярное поле во время инфляции. Этот процесс был случайным, и потому некоторые области такого же размера, как наша, содержат больше галактик, а другие — меньше. Причина, по которой галактика Млечный Путь находится именно здесь, состоит в том, что скалярное поле в этом месте едва заметно сдвинулось назад от состояния истинного вакуума и в результате скатилось с энергетического холма чуть позже, чем в местах по соседству. Это вызвало появление небольшого уплотнения, которое позднее развилось в нашу галактику. Подобные же небольшие сгущения на однородном фоне распределения плотности породили соседнюю с нами Туманность Андромеды и бесчисленное множество других галактик как внутри нашего горизонта, так и за его пределами. Это описание формирования структур предполагает, что самые далекие части Вселенной более или менее похожи на то, что окружает нас здесь. Однако у меня стало возникать подозрение, что в этой картине чего-то недостает.

Влияние квантовых флуктуации крайне невелико, поскольку они намного уступают силе, тянущей скалярное поле вниз по склону энергетического холма. Вот почему поле везде одновременно достигает нижней точки, и возникают лишь очень небольшие возмущения плотности. Однако я задался вопросом: что случится, если поле находится у вершины холма, где уклон очень маленький? Здесь оно будет отдано на милость квантовых флуктуации, толкающих его случайным образом то в одну, то в другую сторону. Вселенная, возникающая после инфляции, может в результате оказаться куда менее упорядоченной и более разнообразной, чем казалось на первый взгляд.

Для описания поведения скалярного поля у вершины холма мы используем неполиткорректную, но весьма уместную аналогию. Позвольте представить вам джентльмена, назовем его мистер Филд[42], который слишком много выпил и теперь пытается сохранить вертикальное положение. Он плохо контролирует свои ноги, не представляет, куда направляется, и поэтому шагает то влево, то вправо совершенно случайно. Мистер Филд начинает свою прогулку с вершины холма, как показано на рисунке 8.1. Поскольку в среднем он одинаково часто шагает и вправо, и влево, ему не удастся слишком быстро куда-то уйти. Но после большого числа шагов он рано или поздно отойдет от вершины. Наконец, приблизившись к более крутой части склона, он неизбежно поскользнется и закончит путь, скатываясь вниз на пятой точке.

Рис. 8.1. Мистер Филд случайным образом блуждает по плоской части холма и соскальзывает вниз, оказавшись на крутом склоне. 

Скалярное поле во время инфляции ведет себя очень похоже. Оно бесцельно блуждает вблизи вершины энергетического холма, пока не достигает крутого склона; тогда оно "скатывается" вниз, чем и заканчивается инфляция. На плоском участке вблизи вершины холма вариации поля вызываются квантовыми флуктуациями и совершенно случайны, в то же время скатывание по склону происходит упорядоченно и предсказуемо и лишь слегка возмущается флуктуациями. Интервалы времени между последовательными флуктуациями примерно равны инфляционному времени удвоения. Это означает, что мистер Филд за такой период успевает сделать лишь один шаг. Поскольку, блуждая по плоской вершине холма, он делает много шагов, это означает, что ложный вакуум, прежде чем распасться, успевает многократно удвоиться.