Книга Бытия. Общая история происхождения - Гвидо Тонелли

Мало-помалу накапливались все более точные данные, уменьшались погрешности измерений, и картина, которая из всего этого складывалась, обнаруживала просто удивительные детали. Эти данные говорили нам, что расширение никогда не прекратится, ничто не указывало на возможную смену направления к Большому сжатию. Средняя плотность Вселенной недостаточна для того, чтобы превзойти критическое значение и обеспечить доминирование сил гравитации. Приходится, следовательно, отказаться от идеи циклической Вселенной и вернуться к проблеме начальной сингулярности.

Но тут совершенно неожиданно обнаружилось еще одно решение, даже более элегантное, чем предыдущее: Вселенная постоянно пребывает в состоянии, чрезвычайно близком к условиям полной однородности и изотропности. Невероятная однородность космического микроволнового фонового излучения говорит, что у Вселенной нет сколько-нибудь заметной кривизны, а угловое распределение этого излучения предполагает, что в пространстве действуют законы евклидовой геометрии: световые лучи при пересечении какой-либо космической области не подвергаются возмущению со стороны энергии или массы и распространяются вдоль прямой линии. Это то самое, что называется плоской Вселенной – ее кривизна нулевая. А поскольку распределение массы и энергии во Вселенной тесно связано с кривизной пространства и его геометрией, как следует из законов, установленных общей теорией относительности, то это прямо приводит к поразительному выводу, что Вселенная, плоская, как наша, должна обладать нулевой полной энергией.

Другими словами, положительная энергия тяготеющих масс и отрицательная энергия создаваемых ими во Вселенной гравитационных полей должны в точности компенсировать друг друга. Если бы кто-то взялся подсчитать всю мировую энергию, он должен был бы сначала пересчитать в энергетических единицах массу всех звезд нашей Галактики и умножить результат на сотни миллиардов – число всех галактик, потом ему бы понадобилось добавить темную энергию и энергию темной материи, о которой мы еще поговорим дальше, и наконец, ему бы пришлось перевести в энергетические единицы массу всех форм межгалактического вещества и всего пронизывающего Вселенную излучения: межгалактического газа, фотонов, нейтрино и космических лучей, а также всего прочего вплоть до гравитационных волн. В результате этого расчета он бы получил колоссальное положительное число.

А теперь, запасшись терпением, мы должны рассмотреть вклад в энергию всех гравитационных полей, то есть отрицательный вклад. Гравитационное притяжение между двумя телами, будь то Солнце и Земля или две далекие галактики, образует связанную систему, то есть оба этих тела оказываются в яме отрицательной потенциальной энергии; чтобы выбраться из ямы, им нужно где-то взять положительную энергию – обычно это кинетическая энергия, то есть одному из тел надо разогнаться до скорости убегания, которая теоретически позволит ему удалиться на бесконечное расстояние, освободившись от притяжения своего партнера. Именно это и происходит, когда мы хотим отправить исследовательский зонд к границам Солнечной системы.

Поскольку гравитация действует на любую имеющуюся во Вселенной форму материи, если только она обладает массой или энергией, то отрицательное значение, вклад в которое дает всякая связанная система, тоже оказывается гигантским по абсолютной величине.

Теперь нам предстоит найти разность двух чудовищно больших чисел, и результат поразителен – около нуля. В итоге полная энергия Вселенной та же, что у пустоты.

Такое не может быть чистым совпадением. Вдобавок нечто подобное справедливо и в отношении полного электрического заряда Вселенной, ее импульса и углового момента. Все эти величины можно считать строго равными нулю. Итак, подведем итог: у Вселенной энергия – нуль, количество движения – нуль, угловой момент – нуль, электрический заряд – нуль; все эти характеристики делают ее состояние чрезвычайно похожим на вакуумное. Тут ученые сдаются: “Выглядит как утка, ходит как утка, машет крыльями как утка – будем считать ее уткой”.

Итак, наиболее точные и полные наблюдательные данные самым непротиворечивым образом указывают нам на то, что тайна происхождения Вселенной решается благодаря очень простой гипотезе, которая к тому же позволяет сразу ответить на вопрос, подрывавший, казалось, всю теорию Большого взрыва. Во Вселенной, где полная энергия равна нулю, не требуется никакого специального процесса, чтобы обеспечить в начальной сингулярности концентрацию огромных масс или энергий, потому что энергия этой точки равна нулю и система, в которую она развивается и которую мы называем Вселенной, также обладает нулевой энергией. Алан Гут, физик и космолог, одним из первых ставший развивать эту теорию, назвал ее редким примером огромного куска бесплатного сыра, полученного из квантового вакуума.

Гипотеза, что вся Вселенная возникла из пустоты, или, лучше сказать, что она по-прежнему остается вакуумным состоянием, подвергнувшимся некой метаморфозе, остается самой убедительной в современной космологии и в то же время наилучшим образом поддержанной совокупностью собранных на сегодня наблюдательных данных.

Вакуум или ничто?

Но что такое вакуум? Для многих вакуум – это ничто. Нет ничего ошибочнее. Ничто – это философская концепция, абстракция, прямая противоположность бытию, что, как никто другой, точно сформулировал Парменид: “Что есть, существует и не может не быть, ничто нет и не может существовать”[9].

Пустота-ничто возвращает нас к мысли об обычных, то и дело возникающих страхах древних, символизируемых падением в бездонный колодец; пустота синонимична утрате смысла: пустая душа, пустые разговоры. Ассоциация концепции вакуума с ничто рождается из неизбежного в западноевропейской культуре созвучия между теорией рождения Вселенной из вакуума и иудео-христианского учения о творении мира ex nihilo – из ничего. В действительности, как мы скоро увидим, речь о концепциях почти противоположных: вакуум как физическая система и ничто в некоторых отношениях несовместимы.

У концепции вакуума много точек пересечения с “цифрой” – это слово происходит от латинского zephirum, впервые вошедшего в употребление на Западе в 1202 году. В своих сочинениях великий итальянский математик Леонардо Пизанский по прозвищу Фибоначчи так перевел на латынь арабское sifr, то есть “ноль” или “пустота”[10], которые в этом латинском эквиваленте стали перекликаться с древнегреческим мифом о Зефире (Ζέφυρος), легком ветерке, предвещавшем наступление весны.

В арабском языке сохранялось исходное, заимствованное у индийцев значение слова – “ноль”, только те называли его шунья (Śūnya), что значит “пустой”. Тот же корень в слове Шуньята (Śūnyatā), обозначающем учение о пустоте, фундаментальную доктрину тибетского буддизма, согласно которой все материальные тела лишены в действительности подлинного и независимого существования.

Индийцы же ввели в оборот и понятие о цифре-ноле. В первый раз оно появляется в трактате, написанном на санскрите в 458 году нашей эры и озаглавленном Локавибхага (Lokavibhaga), что дословно переводится как “Части Вселенной”: поразительно, но это был трактат по космологии и в нем с самого начала рождение Вселенной связывалось с пустотой[11].

Впрочем, это перестает удивлять, если познакомиться с ролью, которую отводят пустоте индийская космология