100 великих загадок астрономии

Волков Александр Викторович

Объем минимально возможной петельки пространства составляет всего 10^—99 кубического сантиметра. Эта величина настолько мала, что в одном кубическом сантиметре гораздо больше квантов пространства, чем тех самых кубических сантиметров в наблюдаемой нами Вселенной (ее объем составляет 10⁸⁵ сантиметров в кубе). Внутри квантов пространства нет ничего, ни энергии, ни вещества – подобно тому, как внутри математической точки – по определению – не отыскать ни треугольника, ни икосаэдра. Однако если мы применим гипотезу о «субмикроскопической ткани Вселенной», дабы описать Большой взрыв, мы получим поразительные результаты,

как показали несколько лет назад Абэй Аштекар и Мартин Боджовальд из Пенсильванского университета. Если заменить в Стандартной теории космологии дифференциальные уравнения, предполагающие непрерывное течение пространства, другими дифференциальными уравнениями, следующими из теории квантовой геометрии, то таинственная сингулярность исчезнет. Физика не заканчивается там, где начинается Большой взрыв, – таков первый обнадеживающий вывод космологов, отказавшихся принимать за истину в последней инстанции видимые нами свойства мироздания.

В теории квантовой гравитации предполагается, что наша Вселенная (как и все другие) родилась в результате случайной флуктуации квантового вакуума – глобальной макроскопической среды, в которой не было времени. Всякий раз, когда в квантовом вакууме возникает флуктуация определенных размеров, рождается и новая Вселенная. Она «отпочковывается» от той однородной среды, в которой образовалась, и начинает свою собственную жизнь. Теперь у нее – своя история, свое пространство, свое время, своя стрела времени.

В современной физике создан ряд теорий, которые показывают, как из вечно существующей среды, где нет Макровремени, но в отдельных точках которой течет свое микровремя, может возникнуть такой громадный мир, как наш.

Например, итальянские физики Габриэле Венециано и Маурицио Гасперини в рамках теории струн предполагают, что изначально существовал так называемый «струнный вакуум». Случайные квантовые флуктуации в нем привели к тому, что плотность энергии достигла критической величины, и это вызвало локальный коллапс. Он завершился рождением нашей Вселенной из вакуума.

В рамках теории квантовой геометрии Абэй Аштекар и Мартин Боджовальд показали, что пространство и время могут возникать из более примитивных фундаментальных структур, а именно «сетей спинов».

Экхард Ребхан из Дюссельдорфского университета и – независимо от него – Джордж Эллис и Рой Маартенс из Кейптаунского университета развивают идею «статической Вселенной», которую обдумывали еще Альберт Эйнштейн и британский астроном Артур Эддингтон. В своем стремлении обойтись без эффектов квантовой гравитации Ребхан и его коллеги придумали сферическое пространство, которое пребывает посреди вечной пустоты (или, если хотите, пустой вечности), где нет никакого времени. Ввиду некоторой нестабильности здесь развивается инфляционный процесс, что и приводит к горячему Большому взрыву.

Конечно, перечисленные модели умозрительны, но они принципиально соответствуют современному уровню развития физики и результатам астрономических наблюдений последних двух десятилетий. В любом случае, ясно одно. Большой взрыв был скорее рядовым, естественным событием, а не единственным в своем роде.

Помогут ли подобные теории понять, что же могло быть до Большого взрыва? Если Вселенная родилась, что ее породило? Где в современных теориях космологии проступает «генетический отпечаток» ее родительницы? В 2005 году Абэй Аштекар, например, обнародовал результаты своих новых расчетов (проделать их помогли Томаш Павловски и Парамприт Сингх). Из них явствовало, что если исходные посылки верны, то до Большого взрыва существовали то же самое пространство-время, что и после этого события. Физика

нашего мироздания, словно в зеркале, отразилась в физике мира иного. В этих расчетах Большой взрыв, будто зеркальный экран, рассекал Вечность, располагая рядом несоединимое – естество и его отражение. И что подлинность здесь, что призрак?

Единственное, что можно разглядеть «с той стороны зеркального стекла», что Вселенная тогда не расширялась, а сжималась. Большой взрыв стал точкой ее коллапса. В этот момент пространство и время на мгновение пресеклись, чтобы вновь отразиться – продолжиться – фениксом восстать уже в знакомом нам мире, том мироздании, которое мы вымеряем нашими формулами, шифрами и числами. Вселенная буквально вывернула сама себя наизнанку, словно перчатку или рубашку, и с тех пор неуклонно расширяется. Большой взрыв не был, по Аштекару, «творением целой Вселенной из Ничто», а являлся всего лишь переходом из одной динамической формы Вечности в другую. Может быть, Вселенная переживает бесконечную череду «больших взрывов», и эти десятки миллиардов (или сколько там) лет, разделяющие ее отдельные фазы, – лишь периоды «космической синусоиды», по законам которой живет мироздание?

Мир законов природы

Мы видим, что мир живет по определенным правилам, именуемым «законами природы». Ученые открывают эти законы и формулируют их. Прогресс в науке тесно связан с подобными открытиями. Они помогают обобщать факты, объяснять происходящее, прогнозировать будущее. Многим кажется естественным, что в хаосе явлений, окружающем нас, угадывается стройный порядок, который ощутим на всех уровнях от Микрокосма до Макрокосма. Все мироздание живет по законам, скрепляющим его, как тело – скелет.

Но откуда взялись эти законы? Вечны ли они или со временем меняются? Слепо ли подчиняется им природа или может их нарушить?

На протяжении веков люди отвечали на эти вопросы, не задумываясь. Законы природы придумал Бог. Они действуют вечно. Стало быть, они возникли в момент сотворения мира, – говоря научным языком, во время Большого взрыва. И, очевидно, уже тогда они были «идеальными».

Но верится в такое с трудом. Можно ли предусмотреть все заранее? Для чего в момент зарождения Вселенной нам нужен закон, который «следил» бы за тем, чтобы некоторые металлы при температуре, близкой к нулю по шкале Кельвина, теряли свое электрическое сопротивление? О каких сверхнизких температурах шла речь в тот миг?

А если ответить по-другому? Может быть, законы природы «не сотворены» никем? Что если они исподволь формировались на протяжении многих миллионов лет? Мы знаем, что природа претерпевает эволюцию. Живые организмы приспосабливаются к окружающему их миру и соответственно меняются. Возможно, подобная эволюция происходит и в космосе. Элементарные частицы (протоны, электроны, нейтроны и иже с ними) каким-то образом «приноравливаются» друг к другу. Возникают определенные «правила общежития» этих частиц.

Может быть законы природы возникли в момент Сотворения мира, – говоря научным языком, во время Большого взрыва

Однако подобные идеи противоречат фактам, накопленным астрофизикой. Свет отдаленных галактик доносит до нас вести о том, какие законы действовали вскоре после «сотворения мира». Спектральные линии световых лучей свидетельствуют, что звезды в ту эпоху подчинялись тем же законам, что и теперь.

В спорах о сущности законов природы выделяется несколько партий.