Джон Гриббин: В поисках кота Шредингера. Квантовая физика и реальность

Проблемы огромны, но теории вроде супергравитации, по крайней мере, являются законченными и стройными и не нуждаются в перенормировке. Казалось бы, физики на верном пути. Но если ускорители частиц не подходят для проверки их теорий, как можно быть уверенными в этом? Именно поэтому космология – наука о всей Вселенной – сегодня является одной из наиболее передовых областей науки. Как сказал в 1983 году Хайнц Пагельс, исполнительный директор Нью-Йоркской академии наук: «Мы уже вступили в эру постускорительной физики, для которой вся история Вселенной становится опытным полигоном для фундаментальной физики» [82]. И космологи столь же жаждут постичь физику частиц.

Возможно, космология на самом деле является разделом физики частиц, ведь в соответствии с одной идеей, которая прошла весь путь от навешенного на нее ярлыка полного безумия до превращения в уважаемую и приличную ветвь космологии, Вселенная и все внутри нее может представлять собой не больше и не меньше, чем одну из флуктуаций вакуума, которые позволяют множеству частиц появляться из ниоткуда, существовать некоторое время, а затем снова поглощаться вакуумом. Идея эта очень тесно связана с возможностью того, что Вселенная гравитационно замкнута. Вселенная, которая рождается в огненном шаре Большого взрыва, некоторое время расширяется, а затем сжимается обратно в огненный шар и исчезает, действительно является флуктуацией вакуума, но очень большого масштаба. Если Вселенная балансирует на гравитационной границе между бесконечным расширением и итоговым сжатием, то отрицательная гравитационная энергия Вселенной должна в точности уравновешивать положительную энергию массы всей материи, содержащейся в ней. Замкнутая Вселенная в целом обладает нулевой энергией, а сотворить нечто, обладающее в целом нулевой энергией, из флуктуации вакуума не так уж сложно, даже если необходимо применить довольно искусный трюк, чтобы все части Вселенной расходились прочь друг от друга и временно позволяли существование всего удивительного разнообразия, которое мы видим вокруг.

Мне особенно нравится эта идея, потому что в 1970-х годах я принимал участие в становлении ее современной формы. Истоки идеи можно проследить до физика XIX века Людвига Больцмана, который был одним из основателей современной термодинамики и статистической механики. Больцман предположил, что, раз Вселенная должна пребывать в состоянии термодинамического равновесия, но явно это не видно, ее современное состояние может быть результатом временного отклонения от равновесия, разрешенного статистическими законами, при условии, что в долгосрочной перспективе равновесие в среднем поддерживается. Вероятность того, что такая флуктуация произойдет в масштабах видимой Вселенной, очень мала, но если бы Вселенная в течение бесконечного времени существовала в неизменном состоянии, появлялась бы виртуальная уверенность в том, что нечто подобное в итоге должно случиться, и, так как только отклонение от равновесия позволяет существование жизни, неудивительно, что мы появились как раз в тот редкий момент, когда Вселенная отклонилась от равновесия.

Идеи Больцмана не получили поддержки, но вариации на эту тему время от времени появлялись. В 1971 году появилась вариация, которая заинтересовала меня и о которой я написал в Nature [83]. Она заключается в том, что есть вероятность того, что Вселенная рождается в огне, расширяется, а затем сжимается в ничто. Через два года Эдвард Трайон из Нью-Йоркского университета прислал в Nature статью, в которой развивал идею о том, что Большой взрыв является флуктуацией вакуума, но в сопроводительном письме указал мою анонимную статью в качестве отправной точки для своих рассуждений [84]. Поэтому меня особенно интересует именно эта космологическая модель, хотя, конечно, своим появлением современная идея Вселенной как флуктуации вакуума всецело обязана Трайону. Больше никто об этом и не думал, но, как он заметил в те дни, если Вселенная обладает нулевой чистой энергией, то количество времени, которому она позволит существовать, соответствует формуле:

ΔEΔt = Δħ,

и может быть действительно очень большим. «Я не утверждаю, что вселенные, подобные нашей, встречаются часто, я лишь говорю, что ожидаемая частота не равна нулю, – заметил он. – Однако логика ситуации требует, чтобы наблюдатели всегда оказывались во вселенных, способных творить жизнь, а эти вселенные впечатляюще велики».