Алекс Виленкин - Мир многих миров. Физики в поисках иных вселенных.

151

Другая интересная попытка избавиться от начала Вселенной предпринята в 1998 году в статье принстонских ученых Дж. Ричарда Готта и Ли-Синь Ли "Может ли Вселенная создать саму себя?" С- Richard Gott, Li-Xin Li, "Can the universe create, itself?", Physical Review D, vol. 58, p. 023501.) Готт и Ли предположили, что при движении в прошлое мы попадаем во временную петлю, прокручивая снова и снова одни и те же события. Эйнштейновская теория относительности действительно в принципе допускает существование временных петель. (Увлекательное обсуждение этого см. в отличной книге Ричарда Готта "Путешествия во времени в эйнштейновской вселенной".) Однако, как отмечают сами Готт и Ли, вдобавок к историям, закрученным в петлю, придуманное ими пространство-время с необходимостью содержит некоторые неполные истории, подобные истории космического путешественника, обсуждаемой в основном тексте. Это означает, что само пространство-время неполно в прошлом, а значит, не обеспечивает удовлетворительной модели для вселенной, не имеющей начала.

A. Borde, A.H. Guth, A. Vilenkin, "Inflationary spacetimes are not past complete" ("Инфляционное пространство-время не является полным в прошлом"), Physical Review Letters, vol. 90, p. 151301 (2003).

E.A. Milne, Modern Cosmology and the Christian Idea of God ("Современная космология и христианская идея Бога"), Clarendon, Oxford, 1952.

Pope Pius XII, Address to the Pontifical Academy of Sciences, November 1951; перевод на англ. в P.J. McLaughlin, The Church and Modern Science ("Церковь и современная наука"), Philosophical Library, New York (1957). He все духовенство разделяло энтузиазм папы. В частности, Жорж Леметр, который был одновременно католическим священником и знаменитым космологом, считал, что религия должна ограничиться духовным миром, оставив материальный науке. Леметр даже пытался отговорить папу от одобрения Большого взрыва. Похоже, что позднее папа изменил свое мнение. Ни он сам, ни его последователи больше не предпринимали попыток прямой научной верификации религии.

A. Vilenkin, "Creation of universes from nothing" ("Создание вселенных из ничего"), Physics Letters, vol. 117B, p. 25, 1982. Позднее я узнал, что возможность спонтанного зарождения Вселенной из ничего обсуждалась примерно годом раньше Леонидом Грищуком и Яковом Зельдовичем в Московском государственном университете. Однако они не предложили никакого математического описания процесса зарождения.

Примерно в то же время идею, очень похожую на трайоновскую, высказал Петр Фомин из Харьковского государственного университета на Украине. Фактически последовательность шагов, показанная на рис. 17.3, не была четко изложена Трайоном и впервые появилась именно в статье Фомина. К сожалению, Фомин не смог найти журнал, который опубликовал бы его работу. В итоге он напечатал ее в малоизвестном украинском физическом журнале.

Е.P. Tryon, "Is the universe a vacuum fluctuation?" ("Является ли Вселенная вакуумной флуктуацией?"), Nature, vol. 246, p. 396, 1973. В конце 1970-х и начале 1980-х было предпринято несколько попыток разработки математических моделей квантового творения из вакуума. Ричард Броут (Richard Brout), Франсуа Энглер (Francois Englert) и Эдгар Гунциг (Edgard Gunzig) из Брюссельского университета предположили в 1978 году, что в вакууме может спонтанно возникнуть сверхтяжелая частица с массой в 1020 раз больше, чем у протона. Такая частица искривила бы пространство, растущая кривизна запустила дальнейшее рождение частиц, и процесс стал бы распространяться все дальше и дальше, как расширяющийся пузырь. Внутри пузыря тяжелые частицы будут быстро распадаться на более легкие и излучение, заполняя материей расширяющуюся вселенную. Эта модель сталкивается с той же проблемой, что и сценарий Трайона: в действительности она не объясняет происхождение Вселенной. Если пустое плоское пространство действительно настолько неустойчиво, оно быстро заполнилось бы растущими пузырями. Такое нестабильное пространство не могло бы существовать вечно, а значит, не могло бы служить начальной точкой творения.

Дэвид Аткац (David Atkatz) и Хайнц Пейджелс (Heinz Pagels) из Рокфеллеровского университета в статье, написанной в 1982 году, предположили, что перед Большим взрывом Вселенная существовала в форме своеобразного "космического яйца" — маленького сферического пространства, заполненного необычной высокоэнергичной материей. Они построили модель, в которой "яйцо" было классически стабильным, но могло туннелировать в состояние с большим радиусом и расшириться. (Насколько я знаю, это было первое упоминание о квантовом туннелировании вселенной как целого.) И вновь проблема в том, что нестабильное "яйцо" не могло существовать вечно, следовательно, оставалась проблема, откуда оно взялось.

А.Н. Guth, The Inflationary Universe ("Инфляционная Вселенная"), Addison-Wesley, Reading, 1997, p. 273.

St. Augustine, Confessions (Святой Августин, "Исповедь"), Sheed and Ward, NY, 1948.

A. Vilenkin, "Quantum origin of the universe" ("Квантовое происхождение Вселенной"), Nuclear Physics, vol. B252, p. 141, 1985.

Я благодарен Эрнану Макмаллину (Ernan McMullin) который обратил мое внимание на важность требования, что вселенные ансамбля должны существовать реально, а не быть только возможными вселенными.

J.В. Hartle, S.W. Hawking, "The wave function of the universe" ("Волновая функция Вселенной"), Physical Review, vol. D28, p. 2960, 1983. Хокинг наметил основную идею этой работы примерно годом раньше в сб. "Астрофизическая космология: доклады недели космологии и фундаментальной физики" (Astrophysical Cosmology: Proceedings of the Study Week on Cosmology and Fundamental Physics, edited by H.A. Bruck, G.V. Coyne, and M.S. Longair, Pontifica Academia, Vatican, 1982), но тогда он не раскрыл никаких математических подробностей.

Точнее, путем суммирования вкладов различных историй определяется величина, называемая волновой функцией. Вероятность данного состояния равна квадрату волновой функции.

Познакомиться с предположением об отсутствии границ можно в бестселлере Хокинга "Краткая история времени", Амфора, 2003. (Hawking S., A Brief History of Time, Bantam, New York, 1988, p. 136). (О современном состоянии этих идей рассказывается в новой научно-популярной книге Хокинга "Мир в ореховой скорлупке", Амфора, 2007. — Примеч. перев.).

Ошибку в моей первоначальной статье независимо заметили и исправили Андрей Линде, Валерий Рубаков, а также Яков Зельдович с Алексеем Старобинским.

На следующий день у Хокинга было другое важное дело: он поехал в Голливуд, чтобы записать свой электронный голос для специального эпизода сериала "Симпсоны".

Следует сделать оговорку, что ландшафт теории струн состоит из нескольких не связанных доменов и пузыри из одного домена не могут зарождаться в другом. В таком случае пузыри, возникающие в ходе бесконечной инфляции, будут содержать только вакуумы, принадлежащие тому же домену, что и первоначальный вакуум, заполнявший вселенную в момент ее возникновения. В этом случае природа мультиверса будет зависеть от начального состояния, и проверка квантовой космологии становится принципиально возможной.

Физические процессы в отдаленном будущем Вселенной среди про чих анализировали Мартин Рис и Дон Пейдж (Don Page). Популярный обзор дан в книге Пола Дэвиса "Последние три минуты: догадки о конечной судьбе Вселенной" (Paul Davies, The last three minutes: conjectures about the ultimate fate of the universe, Basic Books, New York, 1994)

Этот сценарий основан на анализе К. Нейджамайна и А. Лоэба в статье "Будущая эволюция окружающей крупномасштабной структуры во Вселенной с доминирующей космологической постоянной" (Nagamine К., Loeb A., "Future evolution of nearby large-scale structure in a universe dominated by a cosmological constant", New Astronomy, vol. 8, p. 439, 2003).

Предсказание о том, что местная область Вселенной подвергнется коллапсу и большому сжатию, сделано в статье "Проверяемые антропные предсказания для темной энергии", написанной мною с Хауме Гарригой ("Testable anthropic predictions for dark energy", Physical Review, vol. D67, p. 043503, 2003). Мы отмечали, однако, что это предсказание вряд ли удастся проверить в обозримое время.

Alan L Mackay, A Dictionary of Scientific Quotations ("Словарь научных цитат"). Institute of Physics Publishing, Bristol, 1991.

Подобная ситуация, когда бесконечный ансамбль оказывается много проще отдельного члена, очень часто встречается в математике. Рассмотрим, например, множество всех целых чисел: 1, 2, 3… Его можно сгенерировать простой компьютерной программой, занимающей всего несколько строк. С другой стороны, число битов, необходимых для записи конкретного большого целого числа, равно количеству цифр в его двоичной записи и может оказаться гораздо больше.