В топологии вы можете продвинуться в пространстве, а потом обнаружить, что вернулись к точке старта. Такой результат обычен для искривленного пространства (как поверхность Земли). Но он может иметь место и в неискривленном пространстве. Космологи называют его «плоским», хотя оно и существует в трех измерениях. Подразумевается, что в очень больших масштабах свет распространяется только по прямой, а не изогнутой линии; в таком пространстве действуют законы обычной эвклидовой геометрии; сумма всех углов треугольника при всех условиях составляет 180°.
Вопрос Билла был следующим: реальная Вселенная проста, или это мультисвязанная структура? Он хотел понять, могут ли измерения в космологии исключить последний вариант. Я не могу представить такие измерения. А могут ли измерения подтвердить его предположения? Над этим следует серьезно задуматься.
Думаю, что концепция Вселенной Тёрстона (как я ее называю) – замечательная новая идея. Эта Вселенная мультисвязана, например с помощью кротовых нор, однако в ней отсутствуют серьезные пространственные искажения. И эту модель можно проверить. Я не считаю ее даже приблизительно настолько же безумной, как 11-мерные пространственно-временные континуумы, применяемые в некоторых теориях струн.
Я несколько недель пытался доказать, что модель Тёрстона ошибочна. И старался отыскать аргументы ее правильности. Чтобы проверить свои предположения, попытался заглянуть в далекий космос и увидеть Млечный Путь, нашу Галактику. Возможно, одна из галактик на фотографии с телескопа «Хаббл» и есть мы! Но вижу я ее не такой, какая она сейчас, а такой, как она выглядела миллиард лет назад. Вот это да! Если размышления Билла верны, мы могли бы смотреть в прошлое, не исходя из представления об однородной Вселенной. Мы могли бы на самом деле узнать себя. За миллиард лет галактики и их группы значительно эволюционировали. Я упорно размышлял над способами проверить идею Билла, но в конце концов сдался. Это было в 1980-е. Сейчас научный инструментарий кардинально изменился. Когда-нибудь я вновь вернусь к гипотезе Тёрстона.
Этот пример иллюстрирует занятия экспериментаторов в свободное время. Мой наставник в физике, Луис Альварес, считал, что по пятницам после обеда ученые должны предаваться самым фантастическим размышлениям. Если вы специально не выделите такое время, никогда не сможете найти его. Это все равно что тренировка.
Глава 14
Конец времени
Теперь, когда мы знаем, что случилось за прошедшие 14 миллиардов лет, что можно сказать о грядущих 100 миллиардах?..
Узреть в песке бескрайнюю любовь
И небеса в цветке невинном,
В сиюминутном вечности порог
И мир в мгновении едином.
Уильям Блейк, «Прорицания невинности»
Еще в 1990-е годы, преподавая космологию, я сказал своему курсу, что не могу предсказать отдаленное будущее Вселенной. Но уверен, что касающееся ее важное открытие произойдет в ближайшее время. Через пять лет, утверждал тогда я, мы узнаем, бесконечна Вселенная или все-таки конечна, продолжится ее расширение всегда или в конечном счете этот процесс остановится и Вселенная вернется в прежнее состояние путем «Большого сжатия». И если такое сжатие произойдет, логично предположить, что это ознаменует конец пространства и времени, если только слово «конец» имеет какой-то смысл по отношению к тому, чего больше не существует.
Я также говорил: возможно, дело кончится тем, что Вселенная остановится на какой-то границе, разделяющей бесконечное и конечное (в смысле пространства и времени). Так что даже в том случае, если у нас будет точная картина Вселенной, это не даст ответа на вопрос, оказывается ли «всегда» таковым в действительности.
Я был абсолютно уверен в предчувствии скорого ответа. Дело в том, что я начал собственный эксперимент, призванный ответить на этот вопрос. И верил в своего бывшего студента Сола Перлмуттера
[141], подхватившего из моих рук руководство этим проектом.
В поисках конца времени
Эксперимент с детектированием микроволнового излучения, о котором я рассказывал в предыдущей главе, был направлен на изучение природы Большого взрыва и структуры Вселенной при ее зарождении. Новый экспериментальный проект должен был определить будущее Вселенной. Путем к этому было выбрано гораздо более точное, чем ранее, определение в деталях поведения «расширения Хаббла».
Теория предсказывала, что расширение замедлится из-за самогравитации и взаимного притяжения галактик, расходящихся все дальше друг от друга. Это замедление можно было измерить, сравнивая расширение в ближайших галактиках с теми, которые от нас значительно удалены. Эти последние галактики покажут действие закона Хаббла таким, каким оно было миллиарды лет назад, и мы сможем увидеть, насколько замедлилось с тех пор расширение. Скорости галактик мы могли измерить с помощью того же эффекта, которым пользуется полиция при замере скорости машин: допплеровского сдвига.
Трудность заключалась в точном определении расстояния до галактик. Я решил, что так называемые сверхновые могут в этом помочь. Если бы мы смогли обнаружить замедление Вселенной, то сумели бы рассчитать, будет ли ее расширение вечным. Расчеты сводились практически к определению скоростей разбегания галактик. Будут ли галактики в расширяющейся Вселенной разбегаться или упадут обратно в «Большое сжатие»?
Параметр замедления Вселенной космологи обозначили последней буквой греческого алфавита Ω (омега). Мы собирались дать параметру определение, поэтому весь эксперимент я назвал «Проект “Омега”». Новый измеритель мог рассказать о возможном конце времени.
«Проект “Омега”» был задуман после того, как в 1978 году я услышал лекцию Роберта Вагонера в Стэнфордском университете. В ней он указал, что собственная яркость отдаленных сверхновых типа II
[142] может быть определена скоростью расширения их оболочки и временем такого расширения. Скорость, помноженная на время, даст нам размер звезды. Если бы мы смогли найти отдаленные сверхновые, определить их яркость и измерить скорость на основании допплеровского смещения галактик, в которые они входят, то после этого смогли бы использовать их как «калибровочные свечи». Наблюдаемая яркость в сравнении с их собственной яркостью позволила бы определить расстояние до них.
