Лев Шильник - Космос и хаос. Что должен знать современный человек о прошлом, настоящем и будущем Вселенной
И только по мере роста масштабного фактора мнимое время Стивена Хокинга обретает свою неповторимость. Оно как бы рождается на ровном месте, незаметно выплывая из пространства и стряхивая с себя ненужную мишуру его протяженности.
На первый взгляд сценарий Хокинга может показаться несерьезной математической забавой. Его головоломные выкладки напоминают известную притчу о безумном портном, который шьет всевозможные одежды, нимало не заботясь о том, кому они могут прийтись впору. Склад готовой продукции давным-давно завален разнообразным тряпьем, которое может подойти кому угодно – осьминогу, кентавру, единорогу или каракатице. Он исповедует насквозь функциональный подход: каждая из одежек совершенна сама по себе, но реального субъекта, который мог бы натянуть на свои вполне конкретные телеса тот или иной диковинный наряд, на горизонте не усматривается. Безумного портного роднит с математиком установка на внутреннюю непротиворечивость: костюм может быть как угодно нелеп, но если он скроен в полном соответствии с правилами кройки и шитья, то уже тем самым имеет право на существование. Кому в действительности может пригодиться сей кривой балахон, роли не играет.
Рассказывают, что однажды выдающийся русский математик П. Л. Чебышев вознамерился прочитать парижанам лекцию о математической теории конструирования одежды. Кворум был велик. Послушать мировую знаменитость явились лучшие закройщики, модельеры и законодатели мод. Затаив дыхание и навострив перья, работники иглы раскрыли свои блокноты и записные книжки. Чебышев начал издалека.
– Господа, – сказал он, – примем для простоты, что человеческое тело имеет форму шара.
Остальные слова он договаривал в пустой зал.
Шутки шутками, но математики тоже не лыком шиты. К теории Стивена Хокинга специалисты относятся вполне серьезно, хотя и понимают ее с пятого на десятое. Гениальный британец полагает, что в действительности мир живет по законам мнимого времени, а так называемое реальное время – всего лишь фикция, кажимость, бабочка-однодневка, порхающая над поверхностью тяжелых и невозмутимых неподвижных вод. По его глубокому убеждению, реальное время, отсчитываемое нашими хронометрами, в окрестностях планковских величин преображается во время мнимое, и тогда неудобные сингулярности могут быть легко вычеркнуты из истории нашей Вселенной. Реальное время, с которым мы привыкли иметь дело, оказывается на поверку психологическим вывертом, удобной придумкой, фантомным изобретением нашей психики, а на дне мироздания равнодушно покоится вещь в себе – мнимое время. Впрочем, предоставим слово самому Хокингу.
Может быть, следовало бы заключить, что так называемое мнимое время – это на самом деле время реальное, а то, что мы называем реальным временем, – просто плод нашего воображения. В действительном времени у Вселенной есть начало и конец, отвечающие сингулярностям, которые образуют границу пространства-времени и в которых нарушаются законы науки. В мнимом же времени нет ни сингулярностей, ни границ. Так что, быть может, именно то, что мы называем мнимым временем, на самом деле более фундаментально, а то, что мы называем временем реальным, – это некое субъективное представление, возникшее у нас при попытках описать, какой мы видим Вселенную. Ведь ‹...› научная теория есть просто математическая модель, построенная нами для описания результатов наблюдений: она существует только у нас в голове. Поэтому не имеет смысла спрашивать, что же реально – «действительное» время или время «мнимое»? Важно лишь, какое из них более подходит для описания.
Подводя черту под рассуждениями дерзкого британца, остается отметить, что не имеющая границ гладкая Вселенная Хокинга, несмотря на всю свою привлекательность, имеет по крайней мере один существенный недостаток: практически полное отсутствие доказательной экспериментальной базы. При этом нет никаких оснований считать, что в обозримом будущем такие доказательства появятся. Впрочем, это не самый страшный грех, поскольку львиная доля иных космологических моделей тоже не поддается экспериментальной проверке. Теория хаотической инфляции Андрея Линде является, пожалуй, счастливым исключением в этом ряду, ибо замечательно согласуется с последними достижениями наблюдательной астрономии.
С другой стороны, представление о том, что пространство и время образуют гладкую замкнутую поверхность, дает богатую пищу для размышлений относительно роли Бога в жизни Вселенной. Философский потенциал этой модели трудно переоценить. Едва ли не все космологические сценарии, постулирующие рождение мира «из ничего», пусть неявно и с большим скрипом, но все-таки допускают существование Творца.
Стивен Хокинг пишет:
Если же Вселенная действительно полностью замкнута и не имеет ни границ, ни краев, то тогда у нее не должно быть ни начала, ни конца: она просто есть, и все! Остается ли тогда место для Создателя?
Еще один сценарий происхождения нашей Вселенной предложил американский физик Ли Смолин. По его мнению, новые миры могут рождаться внутри черных дыр. О черных дырах, этих угольных мешках мироздания, куда материя проваливается без возврата, подробно рассказывалось в главе «Звездный паноптикум», поэтому не буду повторяться. Напомню только, что стадия черной дыры – закономерный этап эволюции очень массивных звезд. Когда звезда сжигает свое ядерное топливо, внутреннее давление уже не может противодействовать силам гравитации, и небесное тело обрушивается внутрь себя. Такое катастрофическое сжатие получило название гравитационного коллапса. Однако не только звезды или иные массивные объекты могут быть источником черных дыр; теория инфляции предсказывает, что на ранних стадиях эволюции Вселенной, в фазе раздувания, должны были во множестве формироваться первичные черные дыры.
Силы тяготения внутри горизонта событий черной дыры настолько велики, что коллапс продолжается до тех пор, пока плотность вещества не станет бесконечно большой. Само собой разумеется, что объем, занятый сжимающимся веществом, обратится при этом в нуль. Внутри черной дыры сидит уже знакомая нам сингулярность – безразмерная точка с бесконечно большой плотностью и кривизной пространства-времени. Пространство черной дыры – это дорога в никуда, бездонный и черный как вакса провал, из которого не в силах вырваться ни одна частица. Даже свет становится вечным ее пленником, ибо мощь гравитации за горизонтом событий превосходит все мыслимые пределы.
Однако теория относительности, как известно, не учитывает квантовые эффекты, а потому очень скверно работает в масштабах, меньших, чем планковская длина. Между тем роль квантовых флуктуации ниже планковского предела, когда сами понятия времени и пространства окончательно утрачивают физический смысл, становится определяющей. То же самое справедливо и для кривизны пространства-времени. Иными словами, мы вправе предположить, что никакой сингулярности с ее утомительными бесконечностями внутри черной дыры нет, а такие параметры, как плотность вещества и кривизна пространства-времени, должны быть ограничены некоторым критическим значением. Но если гравитационный коллапс в области планковских длин сходит на нет, то вполне вероятно, что пространство внутри черной дыры может подвергнуться стремительному раздуванию. Помните инфляцию, на порядки порядков увеличившую объем новорожденной Вселенной? Теория утверждает, что нечто подобное может приключиться и с черной дырой, когда коллапс естественным образом выдохнется.
Однако мы немедленно сталкиваемся с неразрешимым парадоксом. Если пространство внутри черной дыры начинает пухнуть как на дрожжах, то его объем должен многократно вырасти за очень короткий интервал времени. К моменту окончания инфляции он может легко превысить размеры наблюдаемой части Вселенной, если раздувание продолжалось достаточно долго.
Но с другой стороны, черная дыра – это истинная вещь в себе, из которой ничто, даже свет, не умеет выбраться наружу. Любое расширение, как бы велико оно ни было, непременно должно быть ограничено внутренним объемом черной дыры, ее гравитационным радиусом. А поскольку горизонт событий черной дыры не идет ни в какое сравнение с размерами полной Вселенной, то совершенно непонятно, каким образом столь грандиозный объем может уместиться внутри крохотной фитюльки.
Чтобы разделаться с этим парадоксом, нам вновь придется прибегнуть к двумерной аналогии. Представим себе детский воздушный шарик, по поверхности которого ползет плоскатик – крохотное разумное существо, не знакомое с третьим измерением. В нашей модели поверхность воздушного шара соответствует трехмерному пространству Вселенной. С точки зрения плоскатика, черная дыра в его мире – это всего-навсего небольшой участок поверхности, непроглядное как смоль пятно, куда ему нет доступа. Совершив путешествие вокруг пятна, плоскатик без труда выяснит, что черная дыра имеет вполне конечные размеры. Теперь вообразим, что гравитационный коллапс внутри плоской черной дыры давным-давно завершился, и она переживает фазу стремительного раздувания. При этом резина воздушного шарика внутри горизонта событий растягивается не в двумерный мир плоскатика, а вспучивается в направлении, прямо перпендикулярном поверхности шара. Места для такого раздувания более чем достаточно, поэтому дочерняя вселенная, рождающаяся на наших глазах, может легко превзойти в объеме материнскую. Однако для плоскатика этот процесс останется тайной за семью печатями, ибо его несовершенному зрению доступны всего лишь два измерения его скучного мира. Он не увидит ровным счетом ничего нового: перед ним будет назойливо маячить все то же невыразительное пятно, хотя в действительности оно уже давно развернулось в огромную вселенную.
