Сьюзи Чарнас - «Если», 1998 № 01

Однако в дальнейшем эта теория столкнулась с рядом принципиальных трудностей, которые никак не удавалось преодолеть, оставаясь в ее рамках. Первый «ухаб» был связан с однородностью и изотропией современной Вселенной8. Считается, что возраст нашей Вселенной составляет около 20 миллиардов лет. Но так как диаметр любой сферы в два раза длиннее ее радиуса, то внутри современной Вселенной должны существовать точки, расстояние между которыми превосходит 20 миллиардов световых лет. А поскольку, согласно теории относительности, любые физические взаимодействия не могут распространяться со скоростью, превосходящей скорость света, то такие точки оказываются абсолютно независимыми друг от друга. И в равномерно расширяющейся Вселенной подобное положение будет сохраняться всегда. Иными словами, в таком мире нет и не может быть механизма, способного выравнивать неоднородности на расстояниях, превышающих 20 миллиардов световых лет (расстоянии так называемого «оптического горизонта»).

Для преодоления этой и некоторых других трудностей была разработана специальная теория, дополняющая теорию горячей расширяющейся Вселенной. Она утверждает, что в результате спонтанного всплеска так называемого физического вакуума, который представляет собой скрытую форму существования материи, образовался «первоначальный объем» Вселенной размером около 10-33 см, содержавший не более 10-5 г вещества. Затем произошло примерно следующее. По существующим представлениям, физический вакуум обладает гравитационными свойствами. Однако эта гравитация, в отличие от обычной, порождает не притяжение, а отталкивание.

В современной Вселенной гравитация вакуума либо полностью отсутствует, либо чрезвычайно мала. Но в начальный период расширения она должна была достигать огромной величины. Такое состояние получило название «ложного вакуума». Это мощное отталкивание обладало столь большой силой, что вызвало стремительное расширение первоначального сгустка. В 1980 году такой процесс, названный «инфляционным расширением» или «инфляцией», был впервые подробно рассмотрен Аланом Гутом из Массачусетского технологического института в США.

И именно в теории инфляционного расширения наконец получила объяснение однородность Вселенной на больших расстояниях. До начала инфляции внутри исходного сгустка в близких точках должны были установиться приблизительно сходные физические условия. В период же раздувания эти точки оказались стремительно разнесенными на огромные расстояния. И хотя стадия инфляции длилась около 10-30 с, за этот исчезающе малый промежуток времени объем Вселенной, как показывают расчеты, возрос примерно в 1050 раз! В течение этого времени каждые 10-34 с все области Вселенной удваивали свои размеры, и этот процесс продолжался в геометрической прогрессии. Все части Вселенной стремительно разлетались. Это и был Большой Взрыв. В конце процесса исчезло гравитационное отталкивание вакуума, сменившись обычной гравитацией, замедлившей стремительное расширение…

Классическая физика рассматривала Вселенную как гигантский часовой механизм, заведенный раз и навсегда. Квантовая физика разрушила подобную схему. Оказалось, что на атомном уровне материя и ее движение неопределенны и непредсказуемы. Разумеется, это не означает, что квантовый мир полностью свободен от причинности, но она проявляется отнюдь не однозначным образом. Главная особенность «квантового поведения», которое лежит в основе строения материи, — утрата строгой «железной» причин-но-следственной связи…

В конце фазы инфляции Вселенная была пустой и холодной. Однако затем произошел грандиозный всплеск энергии, обусловленный ее колоссальными запасами в ложном вакууме. По образному выражению Сиднея Коулмена из Гарвардского университета, в этот момент совершился квантовый скачок из «ничего во Время». И современное «пространство-время» есть не что иное, как реликт этой эпохи. С этого момента дальнейшая эволюция происходила в соответствии с теорией горячей расширяющейся Вселенной. Таким образом, «пустое» пространство самопроизвольно взорвалось, благодаря отталкиванию, присущему ложному вакууму.

Еще в V веке до нашей эры в эпоху Парменидов возникла идея, согласно которой «из ничего не родится ничто». И оказалась одной из самых устойчивых идей, которая прошла через столетия и в почти неизменном виде сохранялась в естествознании до последнего времени. Всего около десяти лет назад мысль о возможности самопроизвольного возникновения вещества или энергии «из ничего» в результате чисто физических процессов считалась подавляющим большинством ученых абсолютно неприемлемой. К тому же повседневный житейский опыт как будто убеждает в том, что одни предметы или объекты всегда образуются из других предметов или объектов…

Однако с появлением теории инфляционной Вселенной закономерно возник сакраментальный вопрос: откуда взялась энергия, необходимая для инфляционного расширения? Ведь существует закон сохранения энергии, а энергия начальной Вселенной была равна нулю! Однако в дальнейшем выяснилось, что закон сохранения энергии в его обычной форме к инфляционной Вселенной не применим. Сам процесс инфляционного расширения формирует возрастание энергии вакуума. И лишь квантовый распад ложного вакуума положил этому предел.

Как мы помним, известный барон вытянул себя из болота за собственные волосы. Самосоздающаяся Вселенная очень напоминает барона — она тоже «вытянула» себя за собственные волосы. Этот процесс получил название «бутстрэпа». Благодаря своей квантовой природе Вселенная сама возбудила в себе энергию, которая была необходима для «создания» и «оживления» материи, а также инициировала породивший ее взрыв. Этому космическому бутстрэпу мы и обязаны своим существованием.

Однако остается самый главный вопрос: что было и что происходило до инфляции? Иными словами, каким образом пространство и ложный вакуум могли возникнуть «из ничего»? Возможно, состояние ложного вакуума, предшествовавшее инфляции, оказалось предпочтительным благодаря характерным для него экстремальным условиям. Но так или иначе, Вселенная реально возникла, и квантовая физика представляет собой единственную область современной науки, которая позволяет рассматривать события, происходящие без видимых причин.

Что же касается возникновения пустого пространства, если согласно квантовой теории, «из ничего» могут рождаться частицы, то почему аналогичным образом, то есть «из ничего», не может рождаться и пространство? Между прочим, расширение современной Вселенной есть не что иное, как «разбухание» пространства. С каждым днем наша Вселенная увеличивается на 1018 кубических световых лет…