Книга Бытия. Общая история происхождения - Гвидо Тонелли
Предположение, что все происходит из квантовой флуктуации вакуума, возникло естественным образом, едва только выяснилось, что в нашей Вселенной отрицательная энергия гравитационного поля в точности компенсирует положительную энергию тяготеющих масс. Вселенная с такими свойствами может родиться из простой флуктуации и, как говорят нам законы квантовой механики, может остаться с нами навсегда. Вселенная с нулевой полной энергией представляет нам особый вариант традиционной теории Большого взрыва – когда начальная сингулярность оказывается избыточной.
Вакуум и хаос
В определенном смысле наука ХХI века вернула актуальность повествованию Гесиода, в “Теогонии” которого замечается, в частности, что “прежде всего во вселенной Хаос зародился”[12]. Утверждение прекрасно укладывается в научный дискурс, если только мы не будем отождествлять его, в соответствии с самой распространенной и обычной традицией, с беспорядком, никак не дифференцированным. Скорее в данном случае надо вернуться к исходному смыслу слова – оно созвучно с греческим χαίνω (хайно), “раскрываться”, χάσκει (хаске), “стоять с открытым ртом”, и χάσμα (хазма), “бездна”. Тогда получается что-то вроде “черной широко распахнутой глотки”, “мрачной бездны”, “темного водоворота”, “огромной пустоты, способной поглотить и скрыть в себе все что угодно”.
На протяжении долгого времени слово “хаос” использовалось в своем исходном значении. Ассоциация с беспорядком возникла значительно позднее, прежде всего у Анаксагора, а потом у Платона. У них хаос становится вместилищем бесформенной материи, которой предстоит стать упорядоченной каким-то высшим началом. Будь то Дух или Демиург – он придает исходному грубому и лишенному качеств материалу порядок, создавая космос, организованную и совершенную систему, все упорядочивающую и всем управляющую. С тех пор такое понимание слова сохранилось на тысячелетия.
Но начальный хаос, понимаемый как пустота, принципиально отличен от беспорядка. Нет системы более упорядоченной, регламентированной и симметричной, чем вакуум. Все в нем подчинено строгому закону, каждая материальная частица появляется рука об руку с соответствующей ей античастицей, каждая флуктуация покорно соблюдает условия принципа неопределенности, все движется в строго размеренном ритме, все движения складываются в безупречную хореографию, в которой нет места импровизациям виртуозов.
Каким-то образом этот идеальный механизм вдруг рушится, что-то странное внезапно вторгается в него и выскакивает на середину сцены, вдруг одним движением запускает процесс, в ходе которого вместе возникают пространство-время и материя, его искривляющая.
Высший порядок, царивший во всем, рушится в долю секунды, и крошечная квантовая флуктуация раздувается до колоссальных размеров, запуская процесс, который мы называем космической инфляцией. Многие детали этого явления от нас пока ускользают, в частности, идентичность материальной частицы, инфлатона, которая образуется из вакуума чисто случайно и дает начало волшебной сарабанде[13] – о ней-то мы и поговорим в следующей главе.
День 1
Безудержным вздохом создано чудо
Все случилось в одно мгновение. И поначалу возникшая микроскопическая структура показалась бы ничем не примечательной, не отличающейся от окружающих. Присмотревшись, можно было бы заметить что-то вроде тончайшей пены. Мириады составляющих ее мельчайших флуктуаций могли бы вызвать в памяти предсуществующую жидкость мифологических историй афрос (αφρός), которая именно пену и означает, ту самую, что дала имя Афродите, родившейся из крови и спермы Урана. Хронос, его сын, отсек ему член косой, в отместку за мать Гею, и выбросил его в море, и чудом закипели спокойные воды вокруг Кипра.
Из квантовой пены предстояло родиться кое-чему еще более чудесному, чем богиня любви и красоты: целой Вселенной. Но тогда еще никто не смог бы предугадать, что случится. Прошло всего 10–35 секунды от момента, когда она сформировалась, – интервал времени настолько незначительный, что нам бы и не удалось ни о чем подумать. Мы ожидали бы, что крошечный пузырек, на котором сосредоточено наше внимание, сейчас рассосется, как все остальные, дисциплинированно вернувшись в строй. Но нет: неудержимым вздохом он стал безмерно расти. Вдруг бесконечно малый объект, флуктуировавший упорядоченно и спокойно, согласно строгому ритуалу принципа неопределенности, был охвачен пароксизмом. Охватившее его безумие распространяется и на окружающий его вакуум, уничтожая его бесповоротно. Все происходит настолько быстро, что, если бы мы захотели рассмотреть, что именно произошло, нам потребовалась бы рапидная киносъемка. Только никакая камера не справилась бы с этой задачей, не успела бы запечатлеть детали метаморфоз, идущих с такой скоростью.
Потом внезапно все вдруг успокоилось, и странная вещь, обретшая, казалось, навсегда самостоятельное существование, продолжала расширяться, хотя и со скоростью значительно меньшей.
Мы присутствовали при рождении вселенной, нашей Вселенной. Заканчивается первый день, и уже рождена Вселенная, содержащая в себе все, что ей понадобится для эволюции на протяжении последующих 13,8 миллиарда лет, но пока прошло только 10–32 секунды.
Это странное первичное поле
Итак, Вселенная началась с крошечной флуктуации вакуума, которая по мере расширения заполнялась странной субстанцией, заставлявшей ее раздуваться до бесконечности.
Первым предложил теорию, развившуюся потом в современную космологию, Алан Гут, молодой физик, получивший ученую степень в Массачусетском технологическом институте и приступивший в свои тридцать два года к поиску работы в каком-нибудь престижном американском университете. Его пригласили вести семинар в Корнеллском университете, одном из лучших, и именно там в 1979 году он представил свою революционную теорию.
Как мы уже видели, традиционная теория Большого взрыва, хотя и подтверждалась большей частью наблюдений, все-таки оставляла слишком много вопросов без ответа.
Первым скелетом в шкафу было происхождение сингулярности, из которой потом все и возникло. Было непонятно, какой механизм мог привести к ее формированию, если Большое сжатие оказывалось исключено. В 1980-е годы стало понятно, что во Вселенной недостаточно вещества для того, чтобы достичь критической плотности, и для того, чтобы можно было запустить великое сжатие. Поэтому считалось, что разлет галактик будет постепенно замедляться гравитацией, но не будет менять направления к катастрофическому гравитационному коллапсу. Словом, оставалось только понять, откуда взялся первый большой толчок.
В объекте незначительных размеров, возникшем в силу механизмов сугубо случайных, сила, задающая весь хоровод, – это гравитация, то есть притяжение. Но, чтобы начать расширяться, то есть чтобы случился Большой взрыв, потребуется сильнейшее отталкивание, или антигравитация: что-то вроде той космологической постоянной, которую Эйнштейн ввел в свое уравнение, добиваясь стационарности Вселенной, но только значительно более действенное.
Обычная материя, ее энергия и масса, создает в вакууме отрицательную энергию, из-за чего возникает положительное давление, все сжимающее и удерживающее. Если ввести в
