Новый взгляд на воздушный шарик вселенной
Хокинг советует вообразить огромный, стремительно раздувающийся шар. Это и есть наша вселенная. Точки на поверхности шара – звезды и галактики. Рядом с точками – морщинки и неровности. Эйнштейн предсказывал, что в присутствии материи и/или энергии пространство-время искривляется.
Если рассматривать поверхность воздушного шарика под слабым микроскопом, она покажется достаточно гладкой, несмотря на морщинки. Но стоит глянуть на нее сквозь мощные линзы, и мы убедимся, что не такая уж она однородная. Эта поверхность словно вибрирует, размывается, расплывается (см. рис. 10.9).
Мы уже наблюдали такого рода размытость. Принцип неопределенности размывает вселенную на квантовом уровне. Невозможно точно определить одновременно и положение частицы, и ее движение. Можно представить себе неопределенность так: каждая частица дергается в непредсказуемых микровибрациях. Чем внимательнее к ней присматриваешься, тем яростнее она дергается. Сколь бы пристально мы ни вглядывались в квантовый уровень материи, в лучшем случае мы сможем утверждать, что частица с такой-то вероятностью находится здесь или с такой-то вероятностью движется так. Такому же закону непредсказуемости подчиняется и поверхность нашего воздушного шара. При достаточно сильном увеличении квантовые флуктуации становятся непредсказуемо хаотичными, и мы можем лишь устанавливать вероятность для чего угодно!
А каким виделось Стивену Хокингу это “что угодно”? В конце 1980-х он обдумывал возможность появления небольшой выпуклости на космическом шарике. Такое случается с обычными праздничными шариками, если в одном месте резинка окажется чуть слабее и тоньше. Шарики, как правило, сразу лопаются, но изредка дело ограничивается появлением выпуклости. Если бы удалось заметить такую выпуклость на космическом воздушном шарике, это и было бы рождением вселенной.
Как это звучит: “рождение вселенной”! Станем ли мы когда-нибудь свидетелями подобного события? Нет, и прежде всего потому, что оно происходит в мнимом времени, о котором мы говорили в главе 10, а не в “реальном”. А еще мы не увидим рождения вселенной потому, говорит Хокинг, что маленькая новая вселенная и впрямь очень мала. “Пуповина”, соединяющая наш мир с младенческой вселенной, скорее всего, имеет диаметр не более 10–33 сантиметров. Единица в числителе и единица с тридцатью тремя нулями в знаменателе. Столь малую величину трудно себе вообразить. И столь же немыслимо мал интервал, на который приоткрывается “окошко” в тот мир, нечто вроде крошечной черной дыры – оно и зовется “кротовой норой”. Появляется – и тут же затягивается. В главе 6 мы говорили о других “мгновенных” явлениях: обсуждая излучение Хокинга, мы предложили рассматривать флуктуации энергетического поля как появление пар очень недолговечных частиц. Так и кротовые норы – флуктуации в ткани пространства-времени, на поверхности космического воздушного шарика.
Хокинг предположил, что висящий на подобной пуповине эмбрион вселенной не так уж кратковечен и то, что началось с малого, вполне может стать великим. Постепенно эта новая вселенная расширится и станет как наша нынешняя, распространится на миллиарды световых лет во все стороны. Вселенная, подобная нашей, но пустая? Отнюдь нет. “Вещество, – напоминает Хокинг, – может возникнуть во вселенной любого размера благодаря гравитационной энергии”
[241]. Последствия? Галактики, звезды, планеты и, возможно, жизнь.
Много ли таких малышек и взрослых вселенных? Неужели они возникают повсюду? Прямо в сливе раковины? Внутри наших тел? Хокинг говорит – да, вполне вероятно, что новые вселенные постоянно возникают рядом с нами и даже внутри нас, а мы никоим образом не можем их заметить.
А наша вселенная тоже развилась из такого вздутия в боку другой вселенной? И на этот вопрос Хокинг отвечает положительно. Наша вселенная может оказаться частью бесконечного лабиринта вселенных, которые разрастаются и присоединяют к себе новые, неисчерпаемые соты, где есть и младенческие, и вполне совершеннолетние вселенные. Кротовые норы – ходы сообщения между двумя вселенными – тоже могут возникнуть отнюдь не в одном месте. Возможно, кротовыми норами части нашей вселенной соединяются друг с другом или же соединяются разные эпохи (см. рис. 12.1).
Жизнь в квантовом решете
Напряжем фантазию еще больше и попытаемся представить себе мир с точки зрения электрона. Если повсюду во вселенной имеются квадрильоны кротовых нор, которые то появляются, то исчезают, тогда с точки зрения электрона это похоже на кипящий котелок с густой кашей. Пробраться сквозь этот горшок так же трудно, как путешествовать по гигантскому, все время меняющему очертания ситу. Если электрон движется по прямой линии, он почти наверняка наткнется на кротовую нору, провалится в нее и вылетит в другую вселенную. И это как-то сомнительно, ведь получается, что из нашей вселенной исчезает частица вещества, чего быть не должно. Но в данной теории проблема решается просто: обратно в нашу вселенную влетает такой же точно электрон, и равновесие восстанавливается.
Заметили бы мы подмену электронов? Нет, с нашей точки зрения все выглядит несколько иначе: мы видим один-единственный электрон, путешествующий по прямой. Хокинг предположил, что существование черных дыр вынуждает электроны двигаться так, словно их масса больше, – если бы кротовых нор не было, их движение указывало бы на меньшую массу. Выходит, при попытке предсказать массу частицы, нужно сперва решить, существуют ли в реальности кротовые норы.
Рис. 12.1. Кротовые норы и молодые вселенные.
В теории, если электрону, падающему в кротовую нору, сопутствует фотон, то не происходит ничего экстраординарного. Мы увидим лишь обычный обмен частицами-вестниками в электромагнитном взаимодействии: один электрон испускает фотон, другой его поглощает. Хокинг предположил, что массы всех частиц и все взаимодействия между частицами, непрерывную активность всех четырех сил по всей вселенной можно объяснить как падения в кротовые норы и появления из них.
Тут вы, пожалуй, спросите, каким же образом частицы протискиваются в кротовые норы, ведь кротовые норы меньше любых известных нам частиц. Как и в случае с излучением Хокинга, то, чего мы никак не можем вообразить, оказывается возможным в квантовой механике.
Когда Хокинг принялся вычислять воздействие кротовых нор на массы частиц, в том числе на массу электрона, его подсчеты показали, что эти массы должны бы быть гораздо больше, чем мы наблюдаем на самом деле. Потом Хокингу и другим исследователям удалось прийти к более умеренным числам, но тогда, в конце 1980-х, Хокинг усомнился, в состоянии ли теория кротовых нор предсказывать массы частиц в нашей или в любой другой вселенной. В главе 2 уже заходила речь о “произвольных элементах”, не поддающихся измерению и не предсказываемых теорией. Массы частиц и параметры действующих во вселенной сил до сих пор оставались произвольными элементами в любых выдвигавшихся учеными теориях. Теория кротовых нор тоже не избавляется от произвольности, но хотя бы объясняет, почему эти элементы оказались произвольными. Хокинг думал, что массы частиц и другие фундаментальные числа вселенной могут оказаться “квантовыми переменными”, то есть такими же неопределенными, как путь частицы или события на поверхности космического шара. Эти числа фиксируются случайным образом в момент возникновения вселенной. Так сказать, кости брошены, и с этого момента для данной вселенной произвольные элементы определены, однако теория никоим образом не сумеет предсказать, как именно лягут кости и даже какой расклад наиболее вероятен. Хокинг не был до конца уверен, что из теории кротовых нор следуют именно такие выводы, однако сама идея, что фундаментальные числа и, быть может, даже “законы природы” вовсе не едины для всех вселенных, но отличаются для каждой из них, еще понадобится ему позднее и в другой связи.
