Вселенная. Вопросов больше, чем ответов — страница 65 из 72

нным.

Более того, если мы рассмотрим «кусочек» (или, лучше ска­зать, область), которая только-только начала расширяться, то в самом-самом начале, при существующих тогда огромных плотно­стях энергии, велик уровень квантовых флюктуаций. И поэтому внутри этой области может возникнуть подобласть, где величина скалярного поля будет выше. Эта подобласть начнет расширять­ся еще быстрее, «обособившись» от остальной части. А в ней, в свою очередь, тоже может возникнуть такая подобласть.

И так — без конца.

Что же мы видим? Картина одной-единственной (пусть и гро­мадной) Вселенной исчезает. Вместо нее появляется захваты­вающая дух Метавселенная, в которой наша Вселенная является лишь одной из бесчисленного множества других.

Более того, непрерывно идет процесс рождения все новых и новых вселенных. Так как условия в них вполне могут быть раз­

367

личны, то некоторые вселенные быстро «схлопываются» обрат­но и «возвращаются» в состояние пространственно-временной пены. Но обязательно есть (не могут не быть!) и такие, эволюция которых идет достаточно долго для образования в них упорядо­ченных структур.

И может быть даже — кто знает! — и возникновения разумной жизни.

Кстати, момент, связанный с «различными условиями», на самом деле один из важнейших. Дело в том, что ученых давно мучил один вопрос: почему же наша Вселенная именно такая, какая есть? Почему фундаментальные константы имеют такую величину, почему массы элементарных частиц именно такие, а не какие-либо другие?

Вопрос этот не столь умозрителен, как может показаться. Ведь, оказывается, если мы даже немного «пошевелим» значе­ния констант, то привычный нам мир просто исчезнет.

Так, достаточно массе электрона совсем немного, не более чем в два раза подрасти (а его малая масса представляет собой одну из загадок современной физики — ведь тот же протон, и абсо­лютное большинство других частиц массивнее электрона более чем в тысячу раз) — как темп протон-протонного термоядерного цикла в центре Солнца резко ускорится. И ни о каких «спокой­ных» миллиардах лет горения водорода, потребных для разви­тия жизни на Земле — и речи уже идти не будет.

Еще немного увеличим массу электрона — и все протоны во Вселенной превратятся в нейтроны. К немного другим по форме, но столь же катастрофическим по сути последствиям приведет увеличение разности масс нейтрона и протона.

Еще жестче ограничены силыядерного взаимодействия. Чуть- чуть сильнее (менее, чем на 10%) — весь водород во Вселенной на стадии первичного нуклеосинтеза превращается в гелий. Чуть- чуть слабее (даже на 5%) — образование гелия становится, наобо­рот, невозможным.

Подобные же ограничения можно получить и на силы слабо­го взаимодействия, и на величину гравитационной постоянной.

368

— Вселенная как она есть —

Более того, можно показать, что все многообразие траекто­рий, по которым движутся тела в пространстве, возможно толь­ко в мире, где число пространственных измерений в точности равно з — как в нашей Вселенной.

В мире, где число пространственных измерений больше трех, невозможно существование замкнутых орбит (и планет вокруг звезд, и электронов «вокруг» ядер¹. Любое тело неиз­бежно либо упадет на притягивающий центр, либо уйдет на бесконечность.

Если число измерений будет меньше, то наоборот, невозмо­жен будет «свободный» полет, тот же электрон никак не полу­чится «оторвать» от атома. Тоже — с вполне катастрофическими последствиями.

Список счастливых «совпадений» можно продолжить, и ока­жется он весьма длинным.

Так что наш мир оказался очень точно «настроен». Но ника­ких механизмов такой «настройки» не известно — не было из­вестно тогда, когда впервые возник данный вопрос, и не извест­но сейчас.

Для решения данной проблемы был выдвинут так называе­мый «антропный принцип», суть которого лучше всего сфор­мулировал советский космолог А.Л. Зельманов: «Мы являемся свидетелями определенного типа процессов потому, что процес­сы иного типа протекают без свидетелей», т. е. — если бы наша Вселенная была бы другой, то нас бы в ней просто не было и не­кому было бы задавать такие «наивные» вопросы.

Но все-таки, несмотря на столь остроумные формулировки, «антропный принцип» сильно отдавал философией, причем философией чисто умозрительной². Так что полностью устроить ученых он, все-таки, не мог.

¹ С электронами ситуация, конечно, более сложная — классическое по­нятие «орбиты» к ним неприменимо. Но итоговые выводы остаются в силе. — Примеч. авт.

² Не являясь специалистами в области философии, авторы все же надеются, что умозрительной является не вся философия целиком. — Примеч. авт.

369

Однако и острота проблемы во время появления «антропного принципа» была определенно меньше, чем сейчас. Можно было считать, например, что есть некие, пока не известные нам прин­ципы, которые с неизбежностью приводят именно к такому на­бору фундаментальных констант. Наконец, можно было просто считать их как априорную данность, не нуждающуюся в объяс­нении.

Все изменила теория суперструн. Эта теория, в которой эле­ментарные «точечные» частицы «заменяются» на некие одно­мерные струны, различные моды колебаний которых соответ­ствуют разным типам элементарных частиц¹, несмотря на все возникшие сложности, является одной из наиболее перспектив­ных кандидатур на роль «Единой теории поля». Или же, как это часто называется в популярной литературе — на роль «Теории Всего», объединяющей в себе все четыре типа фундаментальных взаимодействий: сильного, слабого, электромагнитного и грави­тационного.

И первой проблемой стало то, что данная теория (точнее — теории, их существует несколько разновидностей) оперирует числом пространственных измерений, сильно большим, чем наши три. Например — одиннадцатью. Но «лишние» измерения при переходе от уровней энергии, где «царит» единая теория, к более низким — «сжимаются», или, как это обычно называет­ся «компактифицируются», проявляясь только на расстояниях, близких к планковским.

Так почему же «сжалось» именно нужное число измерений?

Второй, и даже более серьезной проблемой оказалось то об­стоятельство, что в рамках суперструнных теорий привычные нам фундаментальные константы и массы элементарных частиц действительно являются «производными» от констант более вы­сокого порядка (например, от своего рода «модуля упругости», «жесткости» струны). Только вот механизма, который бы обе­

¹ Приставка «супер-» появляется из-за «наложенных» на теорию струн идей «суперсиммегрии», которые мы не будем здесь обсуждать. — Примеч. автп-

370

спечил «перевод» данных «сверхфундаментальных» констант именно в те, с которыми мы имеем дело — эти теории предло­жить пока не могут.

Напротив, одна и та же теория при переходе к низкоэнер­гетическому пределу (окружающему нас миру) может дать огромное число (до ю¹⁰⁰) самых разных комбинаций «обыч­ных» констант, среди которых наш мир абсолютно ничем не выделен.

И вот тут как раз на помощь приходит теория « вечной инфля­ции» (хотя — вот парадокс! — совместить условия для данного режима инфляции с механизмами суперструнных теорий оказа­лось весьма и весьма непросто).

Да, у нас рождается огромное количество самых разных все­ленных. Да, в каждой из них случайным образом реализуется свой набор условий. Ну, а мы живем в такой Вселенной, в кото­рой набор этих условий оказался подходящим для жизни наше­го типа, вот и все.

В других вселенных могут быть другие фундаментальные константы, другое число пространственных (а может — и вре­менных?) измерений. Там может быть абсолютно пусто, а может и нет. Быть может, там тоже со временем возникают галактики, звезды и планеты. Планеты, на которых способна зародиться жизнь — скорее всего, совсем-совсем не похожая на нашу.

И, чем черт не шутит, вдруг эта жизнь в ходе своей эволюции поднимется до стадии разумных существ? Тоже совсем не похо­жих на нас — но которых будут мучить такие же вопросы.

Одним из которых, безусловно, станет—а почему их Вселенная именно такая, а не какая-либо другая? И, наверное, кто-нибудь из лучших их представителей тоже рано или поздно придумает «антропный принцип» — пусть и назовет его, конечно, совсем по-другому.

Но вполне возможны, думаем, и вселенные, во всем похожие на нашу. И когда наша станет совсем непригодной для жизни — может быть, наши запредельно далекие потомки найдут способ в одну из таких вселенных перебраться. Ну, или создадут ее сами.

371

Если успеют, конечно.

Как мы уже сказали в конце предыдущего раздела, современ­ные данные пока не позволяют сделать однозначный выбор в пользу типа темной энергии в нашей Вселенной. И одна из кан­дидатур — уже упомянутая «фантомная энергия».

Тем «неприятным» ее свойством, на которое мы намекнули, является вытекающая из ее уравнения состояния (напомним, па­раметр уравнения состояния w меньше -i) способность увеличи­вать свою плотность со временем. И потому в мире, где она есть, возможен новый вариант «конца» Вселенной — так называемый Big Rip («Большой Разрыв»). За конечное время (в некоторых моделях — «всего» несколько десятков миллиардов лет) разме­ры Вселенной и при этом ее плотность возрастают до бесконеч­ности.

Так что столь же бесконечные силы «разрывают» на части все — начиная от скоплений галактик, заканчивая субатомными частицами. Впрочем, так как для разрыва, например, галактики бесконечные силы отнюдь не требуются — их разорвет «немно­го» раньше.

Космологами придуманы и другие возможные типы космо­логических катастроф, которые, правда, являются более «слабы­ми». Так что субатомные частицы, например, как с энтузиазмом отмечают исследующие эти варианты ученые, имеют все шансы катаклизм пережить.

Что ж, здоровый (или нездоровый — это уж как посмотреть) цинизм ученым тоже отнюдь не чужд.

Впрочем, не будем уподобляться персонажу анекдота, на лекции по астрономии облегченно переведшему дух, узнав, что наше Солнце погаснет через 5 миллиардов, а не через 5 миллио­нов лет, как ему поначалу послышалось. Вернемся к более на­сущным вопросам и поговорим о космологической постоянной.