Удивительные числа Вселенной - Антонио Падилья

не стоило волноваться. Следующий час мы объясняли эти идеи нашим новым приятелям из паба, и они были очарованы. Мы говорили о том, что общепринятое представление о Вселенной лишено смысла, что космический вакуум должен быть кипящим бульоном из квантовых возмущений, разрывающих Вселенную на части с такой силой, что звезды, планеты и люди никогда не смогли бы существовать. Мы заявили, что у нас есть мысль, как справиться с этой загадкой, но она обойдется дорого: конец Вселенной близок.

Их встревоженные взгляды были понятны. Конечно, мы имели в виду «близок» в космологических масштабах. Наши приятели испытали облегчение: нескольких десятков миллиардов лет вполне достаточно, чтобы пропустить еще по кружечке. Идеи, которыми мы перебрасывались в Вулсторпе в тот теплый летний день, вдохновляло одно очень простое наблюдение: космологическая постоянная — это, знаете ли, постоянная. Кажется довольно очевидным, но именно это и выделяет ее. Отличает ее от планет, звезд и всего остального, что влияет на силу гравитации.

Сравним ее с планетой. Подобно космологической постоянной, планета влияет на гравитационное поле, но совершенно иначе. Масса планеты не распределена равномерно, а сосредоточена в небольшой области пространства и времени. Это означает, что у вас есть в распределении массы градиент (перепад) — дальше плотность начинает уменьшаться. Однако космологическая постоянная устроена иначе. Насколько мы можем судить, она постоянна. В нашем уголке Вселенной и в наше время базовая энергия вакуума неизменна. Никаких градиентов нет.

Согласно общей теории относительности Эйнштейна, все без исключения формы энергии притягивают. Пространство-время искривляют планеты и звезды, люди и разумные существа из инопланетного газа. Его также искривляет энергия вакуума. Мы хотели разработать новую теорию гравитации, в которой космологическая постоянная трактуется несколько иначе. Планеты и звезды притягивают именно так, как говорил Эйнштейн. То же делаете и вы, и я. Однако базовый резервуар вакуумной энергии — наша постоянная — вообще не должен притягивать.

Нашу теорию можно назвать секвестрированием энергии вакуума[151]. Секвестрирование означает изолирование или укрывание. Эта теория очень похожа на эйнштейновскую теорию гравитации, но в ней есть механизм для сокрытия большой энергии вакуума, предсказываемой квантовой механикой. Чтобы понять, как схема работает, нужно вспомнить, как ваш холодильник остается холодным. В нем есть термостат, настроенный на определенную температуру, — вероятно, около четырех градусов по Цельсию. Если температура поднимается выше четырех градусов, термостат запускает внешний механизм охлаждения: включается компрессор, и по системе начинает циркулировать хладагент. Когда холодильник снова остынет, термостат отключит компрессор и охлаждение прекратится. При секвестрировании энергии вакуума у Вселенной также имеется термостат, но теперь он измеряет среднюю температуру Вселенной во всем пространстве и времени.

Теперь вообразите Вселенную с ошеломляюще большой энергией вакуума — например, гуголом гигаджоулей энергии на каждый литр пустого пространства. Согласно общей теории относительности, эта энергия искривит и сокрушит Вселенную, повысив ее температуру почти до миллиарда триллионов триллионов градусов Цельсия. Однако в теории секвестрирования есть еще и термостат. В принципе его можно выставить на любое выбранное значение, поэтому мы ставим его на волосок от абсолютного нуля. В присутствии этой огромной энергии вакуума термостат запускает внешний механизм охлаждения, чтобы уменьшить энергию и снизить среднюю температуру до желаемого значения. Поскольку это внешний механизм — в данном случае по отношению к пространству-времени, — он не отличает одну точку пространства-времени от другой. Он не делает различий между сегодняшним и завтрашним днем или между Америкой и туманностью Андромеды. Он снижает энергию на одинаковую величину во всех точках пространства и времени. Иными словами, он опускает базовый уровень, лежащий в основании резервуара энергии вакуума. Это изменение не затрагивает другие источники энергии — звезды, планеты и маленьких зеленых человечков. Секвестрируется только энергия вакуума.

Под защитой такого термостата Вселенная словно обладает элементом предвидения. Какой бы ни была энергия вакуума, Вселенная с самого начала знает, что выживет. Такой термостат гарантирует, что она станет старой, большой и пустынной и в ней смогут эволюционировать люди. Вам может показаться, что это звучит немного беспричинно, — возможно, даже похоже на судьбу. А вы верите в судьбу? Большинство ученых ответят отрицательно, но что произойдет, если они пересекут горизонт событий Повехи или любой другой черной дыры, — например, той, что восседает на троне в центре нашей галактики? Не суждено ли им окончить свои дни в бесконечных муках вместе с сингулярностью черной дыры? Истина в том, что их судьба была бы решена в тот момент, когда они пересекли горизонт событий, но это не означает никакой физической непоследовательности. Парадоксы причинности возникают только тогда, когда время попадает в петлю, как в истории о путешественнике во времени, который возвращается в прошлое и убивает родителей до своего зачатия. Но в нашей теории нет явного механизма для чего-то подобного. Нет и парадоксов. Просто у Вселенной есть судьба. Благодаря своему термостату она знает, что должна превратиться в старую и большую.

Эта связь между космологической постоянной и космическим предвидением не нова. Ее предложили несколько десятилетий назад несколько ученых, и в первую очередь Сидни Коулман. Ученик Гелл-Манна Коулман был физиком для физиков, он заработал впечатляющую репутацию в академическом сообществе, но странным образом оставался неизвестным внешнему миру. Мы с моим американским коллегой превратили его идею в простую рабочую модель.

Но правильна ли она?

Честно говоря, не могу сказать. Могу только сказать, что она не очевидно неправильна, а в такой области, как наша, это уже достижение. Мы разрабатываем эту идею уже восемь лет. Я всегда знаю, сколько времени прошло, потому что моя дочь родилась как раз тогда, когда мы выпустили первую статью. Конечно, я не подгадывал время специально, она должна была родиться только через два месяца. В любом случае дочка растет, а модель продолжает жить. Она не стала жертвой математических непоследовательностей или катастрофической нестабильности, и ни одно имеющееся наблюдение ей не противоречит.

А что насчет апокалипсиса? Разве мы не говорили нашим приятелям в пабе, что он неизбежен, — по крайней мере, с космологической точки зрения? Какое-то время мы думали, что это так. В наших ранних моделях такую цену приходилось платить за победу над космологической постоянной. Это способствовало хорошей беседе и давало прогноз, хотя и тревожный. Однако наши модели постепенно совершенствовались, и в конце концов мы поняли, что апокалипсис не обязателен. Может быть, однажды я вернусь в паб «Белый лев» и заверю своих друзей, что теперь все хорошо. Если наши последние модели верны, мы можем рассчитывать на более длительное будущее космоса и при этом по-прежнему отказаться от космологической постоянной.

В начале этой главы я сказал,