Основы реальности. 10 фундаментальных принципов устройства Вселенной - [45]

Наблюдение за более экзотическими послесвечениями затруднено из-за той же особенности, которая делает его таким увлекательным: эти частицы очень слабо взаимодействуют с прочей материей, настолько, что Вселенная становится для них прозрачной. Нам понадобятся новые высокочувствительные антенны и телескопы, чтобы вообще их увидеть. Эти приборы вряд ли будут похожи на те, что используются для регистрации фотонов, — здесь много возможностей для творчества. А возможно, есть также и другие долгоживущие послесвечения, вызванные частицами, существование которых еще не установлено.

Таким послесвечением могла бы оказаться темная материя. Я, как и большинство моих коллег, склоняюсь к подобному мнению. Точнее, я подозреваю, что это послесвечение вызвано аксионами. Я расшифрую и обосную это утверждение в главе 9.

Самое начало

Чем ближе мы к Большому взрыву, тем сильнее размывается наша космическая картина. По этой причине невозможно с уверенностью утверждать что-то про «самое начало»: концепция может оказаться ошибочной или даже бессмысленной.

Аврелий Августин в своей «Исповеди» сделал блестящее предположение по этому поводу, и, думаю, он был на правильном пути. Прихожанин спросил: «Что делал Бог, перед тем как сотворил Вселенную?» Августин пишет, что первым побуждением его было ответить: «Готовил ад для людей, задающих слишком много вопросов». Но он очень уважал прихожанина, себя и Бога, чтобы такое сказать. Так что он серьезно задумался и помолился об ответе: вопрос мучил и его самого.

В результате Августин серьезно углубился в размышления о природе времени и сделал вывод, очень похожий на наш, описанный в главе 2. По сути, он пришел к заключению, что время — это то, что измеряют часы, — ни больше ни меньше. Так родился и ответ на вопрос прихожанина. Августин рассудил, что, пока Бог не сотворил мир, не было и часов — а следовательно, не было ни самого времени, ни понятия «раньше». Таким образом, вопрос «Что произошло до того, как Бог создал Вселенную?», если вдуматься, лишен смысла.

Суть ответа Августина сохраняется и при переводе на язык современной физической космологии. Ничто не предшествует зарождению Вселенной, потому что в этом контексте время — свойство, которое измеряют часы, — не имеет смысла.

Глава 7. Откуда взялась сложность?

Физический мир сложен: тут есть место и джунглям, и интернету, и собранию сочинений Шекспира. Тем не менее наши основные принципы обещают сотворить все это, имея в распоряжении лишь несколько составляющих, несколько законов и странно простой источник.

Возникает вопрос: а откуда в принципе появляется сложность? Давайте разберемся с этим в новой главе. В конце я расскажу о перспективах космической сложности и о том, как явная сложность может возникнуть внутри абсолютной простоты.

КАК ВСЕЛЕННАЯ СТАЛА ИНТЕРЕСНОЙ

Цементирующая гравитация

Ибо кто имеет, тому дано будет; а кто не имеет, у того отнимется и то, что имеет.

Евангелие от Марка 4:25

Ибо всякому имеющему дастся и приумножится, а у неимеющего отнимется и то, что имеет.

Евангелие от Матфея 25:29

Эти цитаты описывают так называемый эффект Матфея, хотя Евангелие от Марка почти наверняка написано раньше. Попросту говоря, смысл таков: «богатые становятся богаче, а бедные — беднее». Гравитационная неустойчивость, играющая центральную роль в усложнении Вселенной, — тоже пример эффекта Матфея. Плотные области Вселенной обладают более мощным притяжением, там накапливается больше материи, и в результате они еще сильнее уплотняются. Области с плотностью ниже средней, наоборот, все больше опустошаются. Таким образом, разница в плотности со временем нарастает.

Чтобы извлечь больше информации из теории Большого взрыва, нам нужно отказаться от предположения, что изначальное вещество распределялось полностью однородно. Даже минимальных отклонений было бы достаточно, поскольку со временем они усиливаются за счет гравитационной неустойчивости.

К счастью, космический микроволновый фон, который дает нам картину Вселенной через 380 000 лет после Большого взрыва, не совсем однороден. Его интенсивность меняется в зависимости от угла в пределах нескольких десятитысячных, и эта величина отражает контраст плотности того же уровня. Возможность обнаруживать такие крошечные неоднородности стала триумфом экспериментальной техники. Джон Мазер и Джордж Смут разделили Нобелевскую премию 2006 года за работу по этой теме.

Согласно расчетам, со временем неоднородность могла значительно вырасти. Это и позволило более плотным областям Вселенной превратиться в галактики, звезды и структуры, которые мы наблюдаем сегодня.

Почему материя в ранней Вселенной была почти, но все-таки не абсолютно однородной? Мы не знаем наверняка, но есть прекрасная гипотеза, которой я хотел бы поделиться.

Как мы обсуждали ранее, теория космической инфляции при поверхностном рассмотрении предлагает объяснение идеальной однородности. Но с точки зрения фундаментальной физики и квантовых полей все несколько сложнее. Квантовым полям присуща квантово-механическая неопределенность. Из-за этого они не могут создать идеальную однородность, хотя могут приблизиться к ней. Возможно, правильная физическая реализация теории инфляции еще убедит нас в том, что образованию наблюдаемых нами космических структур способствовала квантовая неопределенность в ранней Вселенной.