Мартин Рис - Всего шесть чисел. Главные силы, формирующие Вселенную [litres]

Здесь можно провести аналогию с фазовым переходом, таким как хорошо знакомое явление превращения воды в лед. Когда инфляционная эпоха отдельной вселенной заканчивалась, сам космос (вакуум) претерпевал резкие изменения. Фундаментальные силы – гравитационная, ядерная и электромагнитная – с падением температуры «застывают», фиксируя значения N и ε способом, который может считаться «случайным», совсем как рисунок ледяных кристаллов, когда замерзает вода. Число Q, закрепленное квантовыми флуктуациями, когда вселенная имела микроскопический размер, также может зависеть от того, как происходит этот переход.

В некоторых вселенных может быть иное количество измерений, в зависимости от того, сколько из первоначальных девяти пространственных измерений свернулось вместо того, чтобы развернуться. Даже в трехмерных пространствах может быть разная микрофизика и, возможно, разные значения числа λ, зависящие от типа шестимерного пространства, в которое свернулись другие измерения. Во вселенных могут быть разные значения числа Ω (которое фиксирует плотность и длительность их «цикла», если вселенные схлопываются) и Q (которое показывает «гладкость» вселенной и таким образом определяет, какие структуры могут в ней возникнуть). В некоторых тяготение может настолько взять верх над отталкивающим эффектом «энергии вакуума» (λ), что не смогут сформироваться ни галактики, ни звезды. Или ядерные силы могут не попадать в диапазон (число ε, близкое к 0,007), который позволяет таким элементам, как углерод и кислород, оставаться стабильными и синтезироваться в звездах, – следовательно, там не будет элементов из периодической таблицы. Некоторые вселенные могут иметь короткий срок жизни и быть такими плотными, что все в них остается близким к равновесию, с одной и той же температурой повсюду.

А другие вселенные могут быть просто слишком маленькими и простыми, чтобы вообще позволить развиться какой-либо сложной структуре. Я уже выделял одно основное число N, которое является чрезвычайно огромным – в нем 36 нулей. Его размер отражает слабость тяготения: чтобы оно могло иметь значение, должно собраться очень большое количество частиц, как это происходит, например, в звездах (связанных тяготением термоядерных реакторах). То, что звезды живут очень долго, – прямое следствие их размера. Этот долгий срок дает достаточно времени фотосинтезу и эволюционным процессам на планетах, обращающихся вокруг звезд. В главе 3 мы представляли себе вселенную, где число N было бы меньше 10 36, но все остальное (в том числе остальные пять чисел) осталось бы прежним. Звезды и планеты все еще могли бы существовать, но они были бы меньше и развивались быстрее. Они не дали бы достаточно длинных промежутков времени, которые требуются для эволюции. И притяжение раздавило бы все достаточно большое, чтобы развиться в сложный организм.

«Рецепт» любой «интересной» вселенной должен включать по крайней мере одно очень большое число: понятно, что не так уж много событий может случиться во вселенной, которая так ограниченна, что вмещает всего несколько частиц. Каждый сложный объект должен состоять из большого количества атомов. Чтобы развиваться по пути усложнения, требуется много времени – во много, много раз больше, чем нужно для одного атомного события.

Но изобилия частиц и длинного промежутка времени еще не достаточно. Даже если вселенная так же огромна, стабильна и имеет долгий срок жизни, как наша, она все равно может состоять только из инертных частиц темной материи. Это могло произойти как из-за того, что физические условия не позволили существовать обычным атомам, так и потому, что все они аннигилировали с равным количеством антиатомов.

Все эти умозрительные идеи дают новую точку зрения на число λ – ключевое число, которое определяет, сколько энергии содержится в пустом пространстве. Считается, что эта энергия, управляющая инфляцией, в латентном состоянии существует в вакууме. Это означает, что λ в отдаленном прошлом была больше на 120 порядков по сравнению со значением, которое оно может иметь сейчас. С такой точки зрения кажется удивительным, что число λ должно было ослабеть до такой степени, чтобы его значение приближалось к нулю. Есть три разных решения этой загадки.

Одно из них состоит в том, что микроструктура пространства (возможно, структурированные подобно пене объединения крошечных взаимосвязанных черных дыр) как-то направляет это число в нужном направлении. Вторая идея заключается в том, что спад происходит постепенно и каким-то образом связан с плотностью обычного вещества. Раз так, то, возможно, не случайно вакуум сейчас вносит в это число практически такой же вклад, как и обычное вещество, поэтому значение Ω составляет примерно 0,3, но в вакууме все еще хранятся запасы энергии, достаточные для того, чтобы обеспечить недостающие 0,7, которые нужны, чтобы довести общую плотность до критического значения для плоской вселенной.