Амир Ацель - Почему наука не отрицает существование Бога? О науке, хаосе и пределах человеческого знания
Рис. 10. Квантовая частица может в результате туннельного эффекта проникнуть сквозь плотный барьер, благодаря тому что некоторые участки волновой и вероятностной функции могут оказываться по ту его сторону
Приложив эту идею к точке, представляющей сжатую вселенную, Виленкин утверждает, что ее волновая функция позволяет ей выйти за пределы состояния «пустоты», что она в конце концов и делает. Дальше начинается история, так как происходит Большой взрыв!
Однако пустота Виленкина – это не абсолютная пустота. Для возникновения Вселенной, по Виленкину, требуется весьма многое: квантовая пена, гравитационное поле Эйнштейна, поле Хиггса, туннельный эффект и другие физические сущности и законы. Следовательно, утверждения Краусса о том, что из всего этого следует возникновение Вселенной из ничего, мягко говоря, некорректны.
Сам Виленкин отнюдь не разделяет доктрину Докинса, опровергающего существование Бога, и даже придерживается несколько иных взглядов. Во введении к своей статье Виленкин пишет: «Идея о том, что Вселенная была сотворена из ничего, по меньшей мере так же стара, как Ветхий Завет». После этого автор цитирует «Исповедь» Блаженного Августина: «Что делал Бог до того, как сотворил небо и землю? Если он почивал и ничего не делал, то почему он не продолжал ничего не делать и дальше, как целую вечность прежде?» Ответом, по мнению Виленкина, является туннельный эффект, проскок кванта из «пустоты». Пространство и время были сотворены в ходе Большого взрыва, который произошел в результате флуктуаций в квантовой пене.
КВАНТОВАЯ ПЕНА
+
КВАНТОВАЯ ФЛУКТУАЦИЯ
(РЕЗУЛЬТАТ ТУННЕЛЬНОГО ЭФФЕКТА)
↓
ВСЕЛЕННАЯ
После того как произошел туннельный эффект, в игру вступили, согласно такой модели, законы Общей теории относительности Эйнштейна. В результате мы имеем нашу Вселенную, которой управляет гравитация и остальные три природные силы.
Итак, мы видим, что Вселенная Виленкина, на самом деле, начинается вовсе не с пустоты, а с реального, существующего пузыря в предсуществующей квантовой пене (рис. 11). Вот что он пишет: «Модель описывает пузырь, который сокращается в момент (времени) t < 0, затем принимает минимальный объем R0, а вслед за этим расширяется в какой-то момент t > 0. В известной нам истории пузыря часть, соответствующая t < 0, отсутствует; в какой-то начальный момент в результате туннельного эффекта происходит проскок пузыря, который мгновенно переходит из состояния R = 0 в состояние R = R0, а затем происходит дальнейшее расширение…» То, что описывает здесь Виленкин, – это ситуация, когда в реальном «пузыре» предсуществующей квантовой пены внутренняя энергия (рассматриваемая как некое давление) каким-то образом оказывается меньше энергии вне пузыря. В результате происходит то же самое, что и с пузырем надутой жвачки, попадающим в область высокого давления. Квантовый пузырь под действием внешнего давления сжимается до тех пор, пока его радиус не становится равным нулю. Затем, в результате чудесного туннельного эффекта, пузырь вырывается в больший объем, внешнее давление падает, и пузырь в ходе Большого взрыва расширяется до Вселенной. Весь фокус здесь заключается в том, что сжатие до нулевого размера (до «ничто») происходит в период времени, определяемый как отрицательный (t < 0), скрытый от нашего наблюдения, так как мы можем «знать» только те вещи, которые появились после того, как возникло знакомое нам время, то есть после Большого взрыва, ознаменовавшего сотворение пространства и времени.
Рис. 11. Пузыри в плотной смеси пространства-времени называют квантовой пеной
Идея Виленкина возникла, как он сам пишет в своей статье, под влиянием более ранней концепции, предложенной физиком Эдвардом Трайоном. Физик из Массачусетского технологического института Алан Гут также считает Трайона автором идеи возникновения «Вселенной из ничего». В статье «Является ли Вселенная результатом вакуумной флуктуации?», опубликованной в 1973 году, Трайон выдвигает идею о том, что наша Вселенная может иметь в сумме ноль для всех ее квантовых чисел – таких, например, величин, как электрический заряд, считающихся «сохраненными» в природе. То есть они не могут быть ни сотворены заново, ни уничтожены (вспомним, что при рождении пар из электрически нейтрального фотона одна частица заряжена положительно, а вторая несет равный по величине, но противоположный по знаку заряд – это и есть проявление закона сохранения).
Считают, что энергия – это самая важная составляющая часть природы, подчиняющаяся закону сохранения. Энергию нельзя создать или уничтожить, ее можно лишь перевести из одной формы в другую, например, согласно уравнению Эйнштейна, она может превратиться в массу. А масса – снова в энергию. Трайон (вероятно, впервые в истории науки) высказал идею о том, что суммарная энергия Вселенной равна нулю. Так как считается, что энергия подчиняется законам сохранения, ее невозможно «создать». Это означает, что энергия, которую мы наблюдаем в нашем мире, либо существовала всегда, либо ее в какой-то момент создал Бог. (Вероятно, Бог может нарушать все установленные человеком физические законы сохранения.) Однако если Трайон прав и суммарная энергия Вселенной тождественно равна нулю, то никакого акта творения вовсе и не требуется. Дело в том, что нуль всегда останется нулем. В данном случае нулевая энергия просто принимает форму двух энергий – положительной и отрицательной. В конце концов, по мнению Трайона, эти формы энергии превратились во Вселенную из материи, сосуществующую с Вселенной из антиматерии.
Правда, сегодня у нас еще нет ответа на вопрос о том, где находится вся та антиматерия, которая теоретически должна была возникнуть вместе с регулярной материей во время Большого взрыва. Физики в большинстве своем считают, что равновесие между материей и антиматерией не подчиняется законам сохранения. Теоретическая неравновесность материи и антиматерии называется нарушением CP-инвариантности, то есть нарушением зарядового сопряжения (charge conjugation) и зарядовой четности (parity). (Эти феномены можно уподобить зеркальному отражению, когда правое становится левым.)
До середины 1950-х годов физики считали, что четность является феноменом, подчиняющимся законам сохранения. Это означало, что если вы посмотрите на некую физическую систему, а затем поднесете к ней зеркало, то увидите в нем точно такую же физическую систему, но противоположной направленности: частица, исходно двигавшаяся вправо, будет двигаться влево. Это был очень привлекательный взгляд – почему отражение в зеркале должно менять основные законы физики? Но, на самом деле, оказалось, что зеркальное отражение меняет законы физики. Идея о нарушении закона сохранения четности пришла в голову двум американским физикам-теоретикам китайского происхождения Яну и Ли в 1950-е годы, во время посещения китайского ресторана в Нью-Йорке.
Вместе они пришли к выводу о том, что слабые силы, действующие внутри атомного ядра, не подчиняются закону сохранения четности. Ян и Ли предложили еще одной китаянке, известной среди американских физиков под дружелюбной кличкой «мадам Ву» (Сяньсюн Ву) и работавшей в Колумбийском университете, экспериментально проверить их теорию. Мадам Ву подтвердила странную теорию Яна и Ли: четность не подчиняется законам сохранения, во всяком случае, при слабых внутриядерных взаимодействиях. Позднее было обнаружено, что если мы объединим четность и зарядовое сопряжение, создав величину, называемую CP, то эта величина тоже не будет подчиняться законам сохранения. Таким образом, имеет место различие (возможно, очень небольшое) между материей и антиматерией как зеркальной субстанцией, в которой все электрические заряды меняются на противоположные.
Такое нарушение CP-инвариантности в том виде, в каком оно нам известно, может быть, не является достаточно сильным для того, чтобы вытеснить из нашей Вселенной всю антиматерию. Этот важнейший для теоретической физики и космологии вопрос до сих пор остается открытым. С другой стороны, может существовать целая Вселенная, состоящая из чистой антиматерии. Возможно, такая Вселенная расположена в пространстве симметрично нашей Вселенной, если материя и антиматерия действительно возникли в равных количествах во время взрыва чистой энергии, который теперь принято называть Большим взрывом.
Другой аргумент Трайона основывается на допущении о том, что Вселенная, будучи «закрытой», имела суммарную энергию, равную нулю. Однако в 1998 году астрономы сделали историческое открытие: оказалось, что Вселенная с ускорением расширяется, а микроволновое фоновое излучение, улавливаемое спутниковыми обсерваториями, говорит о том, что наша Вселенная не является «закрытой» или «свернутой». Более того, она очень близка к тому, чтобы стать по-настоящему «плоской». Это означает, что пространство имеет структуру евклидовой геометрии, то есть характеризуется прямыми линиями и лишено внутренней кривизны. Таким образом, аргументы Трайона выглядят совершенно несостоятельными в свете открытий, сделанных за десятилетия, прошедшие после опубликования его статьи.
