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

Программа на XXI век

Статья Буссо и Полчински, появившаяся в 2000 году, вызвала подвижку, но настоящий обвал начался три года спустя, когда к ним присоединился изобретатель теории струн Леонард Сасскинд из Стэнфорда. Это на удивление независимый мыслитель, а также чрезвычайно привлекательный и харизматичный человек. У него феноменальная способность убеждать; словом, это тот человек, которого хочется иметь на своей стороне.

Сасскинд по-прежнему не соглашался с первой статьей Буссо и Полчински. Он чувствовал, что содержащееся в статье предположение о существовании множества вакуумов является скорее догадкой, чем математическим фактом. Но работы следующих нескольких лет показали, что догадки были весьма глубокими, и в 2003 году Сасскинд стал в полную силу поддерживать то, что он назвал "антропным ландшафтом теории струн". Он доказывал, что разнообразие вакуумов в теории струн впервые дает серьезную научную основу для антропной аргументации. Струнные теоретики, говорил он, должны поэтому поддерживать антропный принцип, а не бороться с ним.

Менее чем через год все вокруг уже говорили о "ландшафте". Число статей, в которых обсуждалась множественность вакуумов и другие антропные вопросы, выросло с четырех в 2002 году до тридцати двух в 2004-м. Конечно, не всем понравился такой поворот дел. "Я ненавижу новую идею ландшафта, — говорил Пол Стейнхардт, — и надеюсь, что она сгинет".[139] Дэвид Гросс, лауреат Нобелевской премии 2004 года, считающий антропный принцип отступлением от идеала единственности, перефразировал Уинстона Черчилля, говоря: "Никогда, никогда, никогда, никогда не отступайте!"[140] Когда я беседовал с ним на конференции в Кливленде, он жаловался, что антропный принцип подобен вирусу. Однажды заразившись, вы потеряны для сообщества. "Эд Виттен[141] терпеть не может эту идею, — говорит Сасскинд, описывая ситуацию, — но, по-моему, его очень беспокоит то, что она может оказаться верной. Ему это не нравится, но, я думаю, он понимает, что все к тому идет".[142]

Если ландшафтные идеи верны, объяснить наблюдаемые значения фундаментальных постоянных будет непросто. Во-первых, нам нужна карта ландшафта. Какие типы вакуумов на ней есть и сколько объектов внутри каждого типа? Конечно, нельзя надеяться детально охарактеризовать все 10500 вакуумов, так что понадобится некое статистическое описание. Необходимо также оценить вероятности появления пузырьков с одним типом вакуума по сравнению с другим. После этого у нас будут все ингредиенты для разработки модели вечно инфлирующей Вселенной с пузырьками внутри пузырьков внутри пузырьков, как показано на рисунке 15.6. Построив эту модель, можно применить принцип заурядности для определения вероятности нашего существования в том или ином типе вакуума.

Сейчас мы делаем лишь первые пробные шаги в этой исследовательской программе, и впереди лежат труднопреодолимые препятствия. "Однако, — пишет Леонард Сасскинд, — я готов держать пари, что к началу XXII века философы и физики будут с ностальгией оглядываться на наше настоящее, вспоминая золотой век, когда узкая и ограниченная концепция Вселенной XX века уступила место гораздо более широкому и масштабному мегаверсу, населяющему ландшафт ошеломительных размеров".[143]

Часть IV. До начала

Глава 16

Было ли у Вселенной начало?

Источник, от которого берут начало все творения, <...> он, который обозревает их все с высочайших небес, он знает, или, быть может, даже он не знает.

Проблема космического яйца

Древние мифы о творении демонстрируют поразительное разнообразие, но на самом фундаментальном уровне они сводятся к одному из двух основных вариантов: либо Вселенная была создана конечное время назад, либо она существовала вечно.[144]

Вот один из сценариев, взятый из священной индуистской книги "Упанишады":

"В начале этот [мир] был несуществующим. Он стал существующим. Он превратился в яйцо. Яйцо лежало год. Затем оно раскрылось... И прямо из него родился Адитья-Солнце. Его рождение встретили возгласом "Ура!" все существа и все объекты желания".

Эта идея выглядит довольно простой, но, к сожалению, имеет серьезный недостаток, который присущ и всем остальным историям творения. Древние хорошо понимали эту проблему; индийский поэт Джинасена писал в IX веке:

"Некоторые глупцы утверждают, что мир создан Творцом. Учение о сотворении мира противоречит здравому смыслу и должно быть отвергнуто.

Если Бог создал мир, где он был до творения?

<...>

Как мог Бог создать мир без всяких исходных материалов? Если вы скажете, что он сначала сделал их, а уже потом мир, вы приходите к бесконечной регрессии.

<...>

Таким образом, учение о том, что мир был создан Богом, вовсе не имеет никакого смысла...

Знай, что мир не сотворен, как и само время, без начала и конца... Несотворимый и неразрушимый, он продолжает существовать, подчиняясь законам своей собственной природы..."

Эта критика в равной мере приложима к любым сценариям возникновения космоса — будь то сотворение Богом, как в истории с космическим яйцом, или "естественное" творение, как в модели Большого взрыва современной космологии.[145]

Согласно теории Большого взрыва, вся материя вокруг нас появилась из раскаленного космического огненного шара около 14 миллиардов лет назад. Но откуда появился огненный шар? Теория инфляции показала, что расширяющийся огненный шар может возникнуть из крошечного зародыша ложного вакуума. Но все равно остается вопрос: откуда взялся этот первоначальный зародыш? Что происходило до инфляции?

В большинстве своем космологи не спешат браться за эту щекотливую тему. И действительно, похоже, что здесь не может быть удовлетворительного ответа. Каков бы ни был ответ, всегда можно спросить: "А что было перед этим?" Это и есть "бесконечная регрессия", о которой упоминает Джинасена. Однако в 1980-х годах, когда был разработан инфляционный сценарий, похоже, появилась привлекательная альтернатива.

Вселенная вечной инфляции состоит из расширяющегося "моря" ложного вакуума, в котором постоянно зарождаются "островные вселенные", подобные нашей. Таким образом, инфляция — это никогда не прекращающийся процесс. Он закончился в нашей собственной островной вселенной, но будет неограниченно продолжаться в других отдаленных областях. Однако если инфляция бесконечна в будущем, то, вероятно, ей не нужно и начало в прошлом. Получается вечно инфлирующая вселенная без начала и конца, что исключает неразрешимые проблемы, связанные с происхождением космоса. Эта картина напоминает космологическую теорию стационарной вселенной 1940-50-х годов. Некоторые люди находили ее весьма привлекательной.

Циклическая Вселенная

Помимо стационарного состояния есть еще один способ сделать Вселенную вечной. И вновь индусы придумали его в далеком прошлом. Бесконечный цикл создания и уничтожения символизируется танцем Шивы. "Он приходит в состояние экстаза и, танцуя, посылает сквозь инертную материю пульсирующие волны пробуждающих звуков". Вселенная оживает, но потом "на исходе времен, продолжая танцевать, он разрушает все формы и имена в огне и делает передышку".

Параллельная идея в научной космологии — это представление о пульсирующей вселенной, которая проходит через циклы расширения и сжатия. В 1930-х годах она короткое время была популярна, но потом вышла из моды из-за очевидного противоречия со вторым началом термодинамики. Второе начало требует, чтобы энтропия, которая служит мерой беспорядка, возрастала с каждым циклом космической эволюции. Если Вселенная уже прошла через бесконечное число циклов, она должна достичь состояния с максимальной энтропией — термодинамического равновесия. Однако очевидно, что мы не находимся в таком состоянии. Это проблема "тепловой смерти", о которой я упоминал раньше.

Идея пульсирующей вселенной была отброшена больше чем полстолетия назад, но в 2002 году возродилась в новом образе благодаря Полу Стейнхардту и Нейлу Туроку из Кембриджа. Как и в ранних моделях, они предположили, что история Вселенной состоит из бесконечно повторяющихся циклов расширения и сжатия. Каждый цикл начинается с горячего расширяющегося огненного шара. Он расширяется и остывает, образуются галактики, и вскоре после этого во Вселенной начинает доминировать энергия вакуума. С этого момента Вселенная начинает расширяться экспоненциально, удваивая свои размеры примерно каждые 10 миллиардов лет. Спустя триллионы лет этой сверхмедленной инфляции Вселенная становится чрезвычайно однородной, изотропной и плоской. Наконец расширение замедляется и затем сменяется сжатием. Вселенная схлопывается и сразу же восстанавливается, давая старт новому циклу. Часть энергии, выделившейся при коллапсе, идет на создание горячего огненного шара вещества.[146]