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

Десять лет на эту идею никто не обращал внимания, но в 1980-х годах люди начали воспринимать эту новую версию всерьез. Несмотря на изначальные надежды Трайона, расчеты показывали, что любая новая «квантовая вселенная», сформированная в качестве флуктуации вакуума, в действительности будет крошечным и краткосрочным феноменом, занимающим малый объем пространства-времени. Но затем космологи нашли способ, благодаря которому эта миниатюрная вселенная могла расцветать и существенно расширяться, и это расширение позволяло ей вырасти до размеров нашей Вселенной всего за мгновение. Слово «инфляция» в середине 1980-х годов стало одним из самых популярных в космологии, ведь именно инфляция объясняет, как миниатюрная вакуумная вселенная может вырасти до размеров Вселенной, в которой живем мы.

Космологов уже интересовали любые дополнительные частицы, которые могут существовать во Вселенной, ведь они всегда находятся в поисках «недостающей массы», необходимой, чтобы Вселенная стала замкнутой. Гравитино, каждое из которых весит примерно 1000 эВ, могут быть особенно полезны – помимо того, что они могут помочь замкнуть Вселенную, в соответствии с уравнениями, которые описывают расширение Вселенной после Большого взрыва, наличия этих частиц как раз достаточно, чтобы сформировать сгустки материи размером с галактики. Нейтрино с массой около 10 эВ как раз подходят, чтобы запустить рост этих сгустков материи до размера скоплений галактик, и так далее. Но космологи еще сильнее заинтересовались физикой частиц, поскольку последняя трактовка нарушения симметрии предполагает, что сама нарушенная симметрия могла быть движущей силой, которая прорвала наш пространственно-временной пузырь и способствовала его расширению.

Эту идею первым высказал Алан Гут из Массачусетского технологического института. Она восходит к картине очень горячей, очень плотной фазы Вселенной, в которой все физические взаимодействия (за исключением гравитации; теория еще не включает суперсимметрию) объединены в одно симметричное взаимодействие. Когда Вселенная начала остывать, симметрия была нарушена и основные силы природы – электромагнетизм и сильное и слабое ядерные взаимодействия – пошли каждая своим путем. Само собой, два состояния Вселенной – до и после нарушения симметрии – сильно отличаются друг от друга. Переход из одного состояния в другое – это своего рода фазовый переход, как переход воды из жидкости в лед при замерзании или из жидкости в пар при кипячении. Однако, в отличие от этих привычных нам фазовых переходов, нарушение симметрии на ранних этапах жизни Вселенной должно было, согласно теории, создать невероятно огромную гравитационную силу отталкивания, за долю секунды разметав все в стороны.

Мы говорим здесь об очень раннем этапе жизни Вселенной, до 10 -35секунды, когда «температура» была ниже 10 28К, насколько вообще в таком состоянии можно говорить о температуре. Расширение, возникшее из-за нарушения симметрии, должно было быть экспоненциальным, и каждый объем пространства удваивался каждые 10 -35секунды. Гораздо менее чем за секунду это бурное расширение превратилось из области размером с протон в наблюдаемую сегодня Вселенную. Затем в этой расширяющейся области пространства-времени посредством дальнейшего фазового перехода появились и выросли пузыри того, что мы считаем нормальным пространством-временем.

Оригинальная версия инфляционной вселенной Гута не делала попытку объяснить, откуда появился первый маленький пузырек. Но возникает желание приравнять его к флуктуации вакуума того типа, который был описан Трайоном.

Этот впечатляющий взгляд на Вселенную решает множество космологических загадок, в частности весьма примечательное совпадение, что наш пузырь пространства-времени, похоже, расширяется таким образом, чтобы как раз балансировать между замкнутым и открытым состоянием. Сценарий инфляционной вселенной требует, чтобы соблюдался именно этот баланс, из-за связи между массово-энергетической плотностью пузыря и инфляционной силой. Что еще удивительнее, этот сценарий отводит нам очень незначительную роль во Вселенной, помещая все, что мы можем видеть во Вселенной, внутрь пузыря, который находится внутри пузыря гораздо более крупного расширяющегося целого.

Мы живем в поразительные времена и явно находимся на пороге прорыва в нашем понимании Вселенной, который станет столь же значительным, как предсказал Дирак, как и шаг от атома Бора к квантовой механике. Мне кажется особенно занимательным, что мои поиски кота Шрёдингера должны были закончиться Большим взрывом, космологией, супергравитацией и инфляционной Вселенной, ведь в предыдущей книге «Искривления пространства» я начал с рассказа об истории гравитации и общей теории относительности и закончил тем же самым. Ни в том, ни в другом случае я этого не планировал; для обеих книг супергравитация кажется естественным завершением, и это, возможно, признак того, что объединение квантовой теории и гравитации уже не за горами. Но четкого конца пока нет и, надеюсь, никогда не будет. Как сказал Ричард Фейнман: «Один из способов остановить науку – это проводить эксперименты только в той области, где уже известен закон». Физики вот-вот изучат неизвестное, и: