Однако своим существованием мы хаосу не обязаны. Не исключено, что мы живем в пузырьке, который не слился с соседями – точнее, еще не слился (если читателю кажется, что это совсем уж неправдоподобное совпадение, в дальнейшем он убедится, что это не так). А может быть, есть какой-то закон физики, который запрещает пузырькам формироваться в «жидкости» слишком тесно. И вот здесь можно привлечь гипотезу об излучении Хокинга.
Как мы знаем из главы 9, излучение Хокинга вызвано взаимодействием квантовых эффектов и гравитации на горизонте вокруг черной дыры. Однако Хокинг и его коллега Гари Гиббонс, с которым у него был общий кабинет в Кембридже в конце 1970-х, обнаружили, что такое излучение вырабатывается на любом подобном горизонте – не обязательно вокруг черной дыры.
Вселенная расширяется таким образом, что чем дальше друг от друга отстоят две области, тем быстрее они разбегаются друг от друга. Поэтому области пространства, достаточно далекие друг от друга, не могут «общаться» посредством световых лучей (да и чего угодно), поскольку пространство между ними расширяется быстрее скорости света. Если свет не может дойти от одной области до другой, значит, где-то есть горизонт, который свет не может пересечь, и этот горизонт разделяет две области пространства точно так же, как горизонт вокруг черной дыры отделяет все, что внутри, от всего, что снаружи.
Хокинг и Гиббонс показали, что подобного рода горизонт тоже излучает, как и горизонт черной дыры, и излучение распространяется от горизонта в обе стороны. В сегодняшней Вселенной, растянутой в результате расширения, воздействие этого излучения ничтожно, но на ранних этапах расширения Вселенной оно, вероятно, играло более значительную роль. Расширение Вселенной неуклонно замедляется, поскольку тяготение всего вещества во Вселенной стремится стянуть все обратно – в Большое Сжатие. Поэтому раньше, в юной Вселенной, темп расширения был гораздо выше, и воздействие излучения Хокинга с горизонтов было более заметным. Давным-давно даже стремительно расходящиеся области пространства еще не успели отдалиться друг от друга и располагались гораздо теснее.
Ричард Готт из Принстонского университета с готовностью подхватил гипотезу о том, что излучение с горизонтов могло повлиять на расширение Вселенной, и сумел сочетать ее с гипотезой инфляции. Ее изучал и Андрей Линде, но особенно не распространялся о своих находках – в отличие от общительного энтузиаста Готта.
Оказалось, что при определенных условиях излучение Хокинга в объеме пространства, заполненном такими горизонтами, порождает энергию, которая подпитывает инфляцию и заставляет Вселенную (точнее, метавселенную) расширяться сверхбыстро. Сверхбыстрое расширение создает новые горизонты, те, в свою очередь, испускают больше излучения – получаем сверхбыстрое расширение в процессе непрерывной инфляции, которая сама себя обеспечивает. Пузыри обычного низкоэнергичного стабильного вакуума, формирующиеся в безбрежном море инфляционного расширения, растут медленнее, поэтому, даже если два пузырька образуются по соседству, стремительное расширение разделяющего их ложного вакуума метавселенной не даст им слиться.
Однако при мысли о том, что это за «определенные условия», голова идет кругом. Температура излучения Хокинга должна быть около 1031 K, а плотность массы-энергии в ложном вакууме еще того поразительнее – 1093 граммов на кубический сантиметр. И вот в этом невероятном, стремительно расширяющемся ложном вакууме и возникают пузыри стабильного вакуума – и каждый из них превращается в самостоятельную вселенную.
По такому сценарию вселенная не одна – их бесконечно много, и они навеки разделены непроходимыми преградами сверхплотного ложного вакуума. В каком-то смысле эта гипотеза лишена смысла. Существование других вселенных, которые мы никогда не сможем пронаблюдать, вселенных, в принципе никак не влияющих на нашу, – предмет разговора для философа, а не для астрофизика. Однако оказывается, что создать вселенную можно разными способами, и по некоторым сценариям вселенные вполне могут взаимодействовать, а это уже заинтересует кого угодно, не только философов и астрофизиков.
Все эти разговоры о сверхплотности и сверхэнергии и смелые заявления о числах вроде 1093 граммов на кубический сантиметр заставляют задуматься о том, сколько же всего массы-энергии содержится в нашем пузырьке-вселенной (если, конечно, считать, что в каком-то из этих сценариев есть зерно истины). Ответ еще удивительнее: ноль. Оставим же философам беседовать о постоянной инфляции и вернемся к хокинговской модели вселенной, чтобы разобраться, как такое может быть.
Массу-энергию мы привыкли представлять себе как скопления вещества – звезды, планеты и так далее. Каждая из них вносит свой вклад в виде mc2 в общую массу-энергию вселенной – но не только: столь же важную роль (точно такую же важную роль, если гипотезы Хокинга верны) играет и гравитация. А у гравитационной энергии есть одна странность: она отрицательна.
Чтобы понять, что это значит, физики рассуждают о гравитационной энергии как о гипотетической совокупности частиц. Она равна нулю, если частицы бесконечно рассеяны – разнесены как можно дальше друг от друга. Но если под воздействием гравитации возникает скопление частиц, из которых, вероятно, впоследствии возникнет звезда, оно теряет гравитационную энергию. А поскольку изначально энергия частиц равна нулю, следовательно, к тому времени, когда они скопятся, чтобы образовать звезду или планету, энергия станет отрицательной. И если собрать все вещество со всей Вселенной в одной точке, его отрицательная гравитационная энергия (—mc2) в точности уравновешивает положительную массу-энергию всего вещества (+mc2).
Но ведь именно так мы и представляем себе зарождение Вселенной – вся масса-энергия сосредоточена в одной точке. Сценарии замкнутой вселенной описывают ситуацию, когда точка нулевой энергии делится на вещество с положительной энергией и гравитацию с отрицательной энергией, расширяется до определенного размера, а затем схлопывается обратно в точку нулевой энергии. На первый взгляд это какая-то нелепица. Но на самом деле это не порождение извращенного сознания какого-нибудь чокнутого профессора, а всеми уважаемая космологическая гипотеза, соответствующая уравнениям теории относительности.
Похоже, Вселенная – воплощение принципа, что за все надо платить. Если Вселенная содержит нулевую энергию, сколько энергии требуется, чтобы создать вселенную? Не так уж много – даже меньше, чем количество mc2в вашем теле или в этой книге. Согласно Алану Гуту и его коллеге Эдварду Фахри, энергии потребуется ровно столько, чтобы сжать сколько-нибудь вещества в черную дыру. И тогда мы автоматически получим новую вселенную: к каждой черной дыре бесплатно прилагается вселенная.
Гут и Фахри проявили недюжинное хитроумие – не хуже великих фокусников – и показали, что две главные линии исследований в жизни Хокинга, черные дыры и большие взрывы, на самом деле одно и то же.
В принципе, зародыши вселенных могут возникать из ничего, примерно как пары виртуальных частиц в результате квантовой неопределенности (вспомним главу 9). Такая дочерняя вселенная существует в виде сверхплотной концентрации массы – меньше протона, – но с нулевой энергией, поскольку масса уравновешена отрицательной гравитационной энергией. Разумеется, по представлениям ученых 1970-х годов и раньше, такие крошечные сверхплотные зародыши должны были сразу же коллапсировать обратно в ничто под собственным весом. Однако инфляция обеспечивает способ раздуть зародыш в расширяющуюся вселенную, и гравитация не успеет схлопнуть ее. После этого у гравитации уйдут миллиарды лет на то, чтобы остановить расширение, а затем уничтожить вселенную Большим Сжатием.
Итак, если мы хотим получить бесконечное количество пузырьков-вселенных, нужно ли для этого постоянно инфляционно расширять ложный вакуум? На первый взгляд из этого следует одно неприятное обстоятельство. Если пузырек-вселенная может возникнуть из обычного вакуума, что произойдет, если она вдруг родится рядом с нами? Не сметет ли нас Большим Взрывом по соседству? Фахри и Гут уверены, что беспокоиться нам не о чем. Если молодая вселенная возникает спонтанно или создается искусственно, с самого момента рождения она никак не взаимодействует с нашей Вселенной. Вспомним, что зародыш пузырька-вселенной должен быть самозамкнутым и обречен рано или поздно коллапсировать – словом, это черная дыра. Фахри и Гут обнаружили, что можно запустить процесс создания вселенной искусственно, сжав небольшое количество вещества в черную дыру при температуре около 1024 K (очень скромная величина по сравнению с условиями в ложном вакууме). Однако свою статью об этом они назвали с долей лукавства: «Почему трудно создать вселенную в лаборатории» («An Obstacle to Creating a Universe in the Laboratory»).[96] В статье указано, что, хотя у нас есть технические средства, чтобы проделать половину работы и получить нужное количество энергии (водородная бомба), мы пока не знаем, как локализовать полученную при взрыве энергию в пределах черной дыры.
Однако существует ненулевая вероятность, что какая-то цивилизация, более развитая, чем наша, могла бы удержать полученную энергию в достаточно маленьком объеме. Что бы тогда произошло? С точки зрения создателей такой энергетической минидыры – практически ничего. Черная дыра просто возникнет, потом будет несколько миллиардов лет испаряться в результате излучения Хокинга, а затем исчезнет. Но в пределах горизонта черной дыры все будет совсем иначе.
Согласно расчетам американских ученых, условия внутри энергетической минидыры иногда способны вызвать инфляцию. Но когда дочерняя вселенная начнет расширяться, она не просто вырвется из минидыры и захватит соседние области пространства-времени, в котором была создана: