Олег Фейгин - Взрыв мироздания

Есть догадки, что существует и «хроноквантовая спутанность». Тогда миры, возникающие в сингулярности Большого взрыва, должны быть не только прошиты временными нитями, но и полностью повторять друг друга.

А теперь представьте себе бесконечную вереницу развивающихся одинаковых миров, нанизанных на «стрелу времени». Что это будет напоминать стороннему наблюдателю?

Ну конечно же! Перед нами предстает хорошо знакомый образ «линейного времени», возникший у нас в детстве и сопровождающий всю жизнь. Классическая физика учит, что это мнимый образ, помогающий решать школьные задачи. А вот современная квантовая теория предлагает считать подобные модели вероятным образом множественного мироздания. И тогда возникает удивительный парадокс – оказывается, что лишь невообразимый хроноквант отделяет наш мир от предшествующей и соответственно последующей Вселенной, «летящей» вместе с нами в будущее. А вместе с этими мирами несутся по стреле времени и неисчислимые множества наших двойников…

Глава 12. Темные стороны мироздания

Темная энергия темна по крайней мере в двух смыслах. Во-первых, она невидима – не излучает света, не поглощает и не отражает его. Во-вторых, ее физическая природа и микроскопическая структура полностью неизвестны.

Одной из самых интригующих загадок астрономии является наличие скрытой от наших глаз и всяческих возможных приборов основной массы Вселенной, которую астрономы называют темной материей. Эта материя должна была возникнуть почти сразу же после Большого взрыва, в отличие от «сильно запоздавших в развитии» знакомых нам атомов. Последние наблюдения показали, что галактики, как осколки Большого взрыва, не только не замедляют свой разбег, двигаясь «на излете», а наоборот, продолжают наращивать скорость. Все это ученые связывают с влиянием темной материи.

Еще более странной субстанцией является темная энергия. В настоящее время главным кандидатом на ее роль является физический вакуум с его виртуальными частицами и полями. Плотность энергии вакуума не меняется при расширении Вселенной, а это и означает отрицательное давление вакуума. Другой кандидат – новое сверхслабое поле, пронизывающее Вселенную; для него употребляют термин «квинтэссенция». Есть и другие кандидаты, но в любом случае темная энергия представляет собой что-то совершенно необычное.

В отличие от сгустков массивных частиц слабого взаимодействия темная энергия равномерно «разлита» по всей нашей Вселенной. В галактиках и скоплениях галактик ее столько же, сколько в пустых провалах физического ваку ума. Самое необычное в том, что темная энергия в определенном смысле связана с антигравитационным воздействием. Современными астрономическими методами можно не только измерить нынешний темп расширения Вселенной, но и определить, как он менялся со временем. Так вот, астрономические наблюдения свидетельствуют о том, что, начиная с недалекого прошлого, Вселенная начала расширяться с возрастающим ускорением, как если бы включился гипотетический генератор антигравитации. Обычная гравитация с течением времени должна была бы приводить к обратному эффекту – замедления разбегания галактик.

Видный исследователь темной энергии, имеющий свои собственные оригинальные взгляды на ее происхождение и эволюцию, профессор МГУ Артур Чернин считает, что такая картина, вообще говоря, не противоречит общей теории относительности, однако для этого темная энергия должна обладать специальным свойством – отрицательным давлением. Это резко отличает ее от обычных форм материи.

Правда, существуют и иные объяснения ускоренного расширения нашего мира, исходящие из предположения, что сами законы гравитации видоизменяются на космологических расстояниях и космологических временах. Такие гипотезы ведут к далеко лежащим выводам об определенной ограниченности самой общей теории относительности. По-видимому, если ее обобщение вообще возможно, то оно будет связано с представлением о существовании дополнительных размерностей пространства, помимо тех трех, которые мы воспринимаем в повседневном опыте.

К сожалению, сейчас не видно путей прямого экспериментального исследования темной энергии в земных условиях. Это, конечно, не означает, что в будущем не может появиться новых блестящих идей в этом направлении, но сегодня надежды на прояснение природы темной энергии (или, более широко, причины ускоренного расширения Вселенной) связаны исключительно с астрономическими наблюдениями и с получением новых, более точных космологических данных.

Прежде считалось, что разбегание галактик может только замедляться под действием их собственного тяготения. Но ускорение означает, что в природе имеется не только всемирное тяготение, но и всемирное антитяготение, которое преобладает. Антитяготение создается не галактиками (с их обычным светящимся барионным веществом и темной материей), а некоей особой космической энергией, в которую погружены все галактики мира. Эта темная энергия, как ее сейчас чаще всего называют, и создает антитяготение. Темная энергия темна по крайней мере в двух смыслах. Во-первых, она невидима – не излучает света, не поглощает и не отражает его. Во-вторых, ее физическая природа и микроскопическая структура полностью неизвестны.

В одной из своих последних замечательных работ профессор Чернин подчеркивал, что с темной энергией вполне можно работать, изучать ее роль в реальном мире. Для этого, правда, нужно принять те или иные исходные предположения, хотя бы минимальные, о ее свойствах. Простейший (и как кажется, самый правдоподобный) из обсуждающихся сейчас вариантов связывает темную энергию с космологической постоянной.

Эта универсальная константа была введена в космологию Эйнштейном, когда он применил только что созданную им общую теорию относительности к изучению мира, рассматриваемого как некое единое целое. Эйнштейн решил эту задачу и представил результат в виде физико-математической модели Вселенной. Модель описывала Вселенную как статическую, вечную и неизменную физическую систему. Во Вселенной Эйнштейна притяжение всех тел природы друг к другу… отсутствовало. Ньютоновское всемирное тяготение при этом, однако, не отменялось; но помимо него в эйнштейновской модели действовал еще один силовой фактор – всемирное антитяготение, которое полностью компенсировало взаимное тяготение космических тел в масштабе всей Вселенной.

Ничего подобного прежняя, классическая физика не знала. Но антитяготение не вытекало в действительности и из общей теории относительности. Это была совершенно новая идея. Тем не менее она органично и в исключительно экономной форме была введена в структуру общей теории относительности, в ее математические уравнения. Антитяготение было представлено в этих уравнениях всего одной и притом постоянной физической величиной, которая получила позднее название космологической константы. Она обеспечивала в модели Эйнштейна компенсацию всемирного тяготения – без нее теория не допускала бы статичности мира.

Большинство современных космологов так же, как и профессор Чернин, однозначно связывают физический смысл космологической константы с параметрами вакуума, считая, что открытая астрономами темная энергия – это энергия вакуума. Кроме ясности и простоты такая интерпретация привлекательна еще и в том – самом важном, в действительности, – отношении, что наблюдения, в которых темная энергия была открыта, полностью с нею согласуются. Похоже, что иные, более сложные и, в общем, произвольные варианты интерпретации темной энергии постепенно вытесняются наблюдениями.

Разумеется, отрицательное давление вакуума со всех точек зрения является совершенно необычным явлением, ведь давление в жидкости или газе, как правило, положительно. Но и в жидкости (например, в потоках воды у винта парохода), и в твердых телах (например, во всесторонне растянутой стальной болванке) отрицательное давление тоже может возникать. Это требует особых, специальных условий, но не является чем-то исключительным. Однако в случае вакуума ситуация совсем особая. Давление вакуума не только отрицательно, но к тому же равно – по абсолютной величине – его плотности энергии. Ничего подобного нет ни в одной другой среде. Это абсолютно и исключительно свойство одного вакуума и только его.

Темную энергию открыли в наблюдениях далеких вспышек сверхновых звезд. Из-за их исключительной яркости сверхновые можно наблюдать на очень больших, по-настоящему космологических расстояниях. Это позволяет проследить, как видимая, регистрируемая яркость источников зависит от расстояния до них. Оказалось, что убывание яркости происходит несколько быстрее, в среднем, чем этого следовало бы ожидать по космологической теории, которая до того считалась стандартной. Но это возможно тогда, когда космологическое расширение происходит с ускорением, т. е. когда скорость удаления от нас источника света не убывает, а возрастает со временем. Именно благодаря этому эффекту ускорения и удалось распознать темную энергию и даже весьма точно измерить ее плотность.