На лужайке Эйнштейна. Что такое ничто, и где начинается всё - Аманда Гефтер

Это происходит потому, что темная энергия, скорее всего, внутреннее свойство пустого пространства самого по себе, «космологическая константа», как окрестил ее Эйнштейн. Ее сила заключается в самом постоянстве – по мере того как пространство расширяется, все, содержащееся в нем, становится менее плотным, – кроме темной энергии, чья плотность остается постоянной. Больше пространства – больше темной энергии: своеобразная разновидность положительной обратной связи.

Вы можете подумать, что физики способны предсказать наблюдаемую плотность темной энергии, учитывая все, что они уже знают о квантовом вакууме. Действительно, квантовая теория поля предоставляет все необходимые инструменты, чтобы рассчитать энергию вакуума. К сожалению, теория здесь дает абсолютно неверный ответ. Согласно теории, плотность энергии вакуума должна быть бесконечной. Ясно, что она не может иметь бесконечное значение, иначе мы все были бы разорваны в клочья быстро расширяющимся пространством. Поскольку предметы вокруг нас не разрушаются спонтанно, вакуум должен быть достаточно безопасным их местонахождением, по крайней мере на атомных и даже несколько больших масштабах. Так что если она не бесконечна, решили физики, то должна быть равна нулю.

На первый взгляд, это звучит немного странно, но ноль и бесконечность больше похожи друг на друга, чем вы думаете. Они представляют собой два наиболее простых и элегантных результата численных расчетов. Теория, которая предполагает, что некоторое число должно быть равно нулю или бесконечности, гораздо более элегантна, чем та, которая дает, например, число 3,746. Конечные числа могут показаться довольно случайными. Так что если исключить бесконечность, то следующим наилучшим выбором должен быть ноль. Физики предположили, что вакуум может обладать некоторым свойством с положительной и отрицательной составляющими в равных количествах, дающими в сумме идеальный ноль.

Но это было до того момента, как астрофизики поменяли карандаши на телескопы и фактически измерили значение темной энергии, обнаружив, что оно равно почти нулю, но не совсем. Это был худший сценарий: маленькое, но конечное число. Чтобы получить правильное значение, необходим какой-то механизм, который берет бесконечности из квантовой теории поля, сокращает их до 120 десятичных знаков, а затем чудесным образом останавливается, оставляя в результате мизерное значение. Мизерное значение, которое управляет всей Вселенной.

Число, появляющееся в результате такой тонкой настройки, само по себе редкость, чтобы не сказать больше, и физики не смогли найти для него ни одного хорошего объяснения. В отчаянии они обратились к слову на А. Так уж случилось, что плотность темной энергии прямехонько попала в узкий диапазон значений, при которых возможно существование атомов, звезд, углерода и, в конечном счете, жизни. Немного больше или немного меньше, и существование нашей Златовласки было бы недолгим. А это обстоятельство значительно ухудшает все дело – теперь значение плотности оказывается не только невероятно странным, но и, по случайному совпадению, именно настолько странным, насколько необходимо для жизни. Нам повезло. От этой случайности неприятно попахивает фатализмом и телеологией. Но здесь есть одна хитрость. Значение плотности темной невероятно странное, только если предположить, что наша Вселенная – единственная. Однако мы знаем, что в рамках инфляционной модели получить единственную изолированную Вселенную практически невозможно. Как только в результате инфляции родилась одна Вселенная, вы будете иметь дело с бесконечным количеством похожих вселенных, с огромной и разнообразной мультивселенной. Если каждая из этого бесконечного набора вселенных обладает разным собственным количеством темной энергии, то наше мизерное значение становится не только вероятным, но и неизбежным.

Это дает ответ, но совсем не того рода, на который надеялись физики, это было объяснение, накладывающее неприятное ограничение на саму природу объяснения. Физики любят красивые законы, демонстрирующие единство и неизбежность. Они любят элегантные расчеты, сингулярные решения, и уверены, что мир должен быть именно таким, каков он есть, потому что он является отражением гармонии и порядка, которые пронизывают космос платонического совершенства. Никто из них не хотел бы думать, что мир устроен случайным образом. Для них сама эта мысль была бы угнетающей.

Рис, который был чрезвычайно вежлив и казался вылепленным из воска, пояснил, что он относится к идее мультивселенной весьма серьезно и считает, что обращение к антропному принципу не только оправдано, но и необходимо. И все-таки, сказал он, физики должны продолжать работать так, как будто его нет, в противном случае они рискуют совсем облениться. Они должны по-прежнему продолжать пытаться выводить физические законы на основе фундаментальных принципов, даже если это и не всегда получается. Шпергель не разделял его энтузиазма. Антропный принцип, сказал он, означает, что наука сдала свои позиции.

Сидя молча, я все вспоминала, как однажды Уилер написал: «Если антропный принцип, то почему антропный принцип?» Для Уилера это «слово на А» было не объяснением, а, скорее, ключом к разгадке роли наблюдателя в происхождении Вселенной, ключом к природе окончательной реальности.

Я собрала все свое мужество, чтобы довести до своих соседей эту мысль, когда Рис вдруг перевел разговор на политику, борьбу с биотерроризмом и ядерную войну. За панини и кофе эспрессо он пояснил, что шансы человечества уничтожить себя к концу двадцать первого века очень высоки, не менее чем 50 на 50. Для рыцаря он был как-то уж слишком серьезен.

Среди замечательных людей, собравшихся на конференции, был один, возможная беседа с которым смущала меня больше всего, – Тимоти Феррис. Может быть, потому, что Феррис был писателем, а не физиком. Его книга Coming of Age in the Milky Way всегда мне очень нравилась, я восторгалась его книгами и была его фанатом.

Итак, на следующий день, как и другие участники конференции, я пришла послушать доклады и заметила, что Феррис занял место в первом ряду. Я быстро скользнула в кресло позади него, надеясь рано или поздно придумать какой-нибудь предлог, чтобы завязать разговор. Но так и не придумала. А когда лекция закончилась, Феррис обернулся и спросил:

– Как вы собираетесь попасть на банкет сегодня вечером?

Организаторы конференции запланировали банкет в Калифорнийском музее железной дороги, находящемся примерно в получасе езды отсюда, в историческом районе Сакраменто.

– Думаю, они повезут нас туда на автобусе, – сказала я.

Феррис взглянул на меня, словно говоря: «Неужели я похож на тех парней, которые ездят на автобусах?»

– Я здесь на машине, – сказал он. – Мне надо только узнать, как туда проехать. Я не хочу терять время в ожидании автобуса. Эти конференции хороши своей физикой, но что до светских мероприятий…

Он улыбнулся со знанием дела:

– Если вы решите, что с вас довольно и вам пора, просто разыщите там меня. Я отвезу вас обратно в Дейвис.

Мне не терпелось узнать побольше о беспокоящей всех квадрупольной аномалии. К счастью, во время одного из перерывов мне представилась такая возможность. Когда все вышли на улицу, наслаждаясь калифорнийским солнцем, я подошла к Лайману Пейджу, физику из Принстона и одному из ведущих исследователей из команды WMAP, и представилась.

– В чем проблема с этими квадруполями? – спросила я его.

Пейдж объяснил, что отсутствие температурных флуктуаций на масштабах больше шестидесяти градусов подразумевает какие-то ограничения, накладываемые на размер пространства как такового.

В этом есть свой смысл. Температурные флуктуации были сформированы, когда горячая плазма в ранней Вселенной сжималась и расширялась, подобно космическому аккордеону, игравшему по всему пространству. Если мы не наблюдаем никаких флуктуаций на масштабах больше шестидесяти градусов на небесной сфере, то это означает, что на масштабах больше шестидесяти градусов на небесной сфере нет никакого пространства. Как если бы Вселенная была конечна. Конечно, эти шестьдесят градусов соответствуют размеру Вселенной на тот момент, когда реликтовые фотоны впервые вырвались на свободу. За прошедшие с того момента 13,7 млрд лет Вселенная значительно расширилась. Итак, вопрос состоит в следующем: если размер пространства тогда ограничивался областью размером около шестидесяти градусов на сегодняшнем небе, где находится граница пространства сегодня?

Ответ был шокирующим. Низкая мощность квадрупольной составляющей излучения подразумевает не только то, что Вселенная конечна, но и то, что она имеет небольшой размер по космологическим стандартам. Она подразумевает, что Вселенная была почти такого же размера, как ее наблюдаемая часть. Иными словами, если бы мы могли каким-то образом заглянуть за пределы нашего светового конуса, мы бы там ничего не обнаружили.