Большое космическое путешествие - страница 142
Все это звучит странно. Как можно получить бесконечное количество вселенных, каждая из которых в конечном счете бесконечно велика, – из конечного исходника? Деситтеровское пространство напоминает обычную трубу, раструб которой направлен вверх. Горизонтальный срез, проходящий через талию деситтеровского пространства у устья трубы, – это круг. Это маленькая конечная вселенная, вписанная в 3-сферу, у нее конечная окружность и конечный объем, как та, которую рассматривал Эйнштейн. Но верхняя часть трубы напоминает по форме конус, а конус можно нарезать кругами, гиперболами или параболами, в зависимости от того, как резать. Если нарезать деситтеровское пространство по горизонтали, получается круг – это вселенная, вписанная в 3-сферу. Если резать под углом 45°, то получается парабола и бесконечная плоская вселенная. Если нарезать вертикальной плоскостью, то получается гипербола – бесконечная вселенная с отрицательной кривизной. История напоминает старую притчу о трех слепцах и слоне. Первый слепец щупает хобот и говорит, что слон похож на змею. Другой щупает ногу и говорит, что слон похож на ствол дерева. Третий щупает бок и говорит, что слон напоминает стену. Аналогично, форма деситтеровского пространства зависит от того, как его сегментировать. Можно сделать во вселенной-пузырьке такой гиперболический сегмент, который будет простираться до бесконечности, обозначить эпоху, в которую заканчивается существование деситтеровского вакуума и энергия сбрасывается в виде частиц, после чего начинается фридмановская модель. Вспомните буханку, которую можно резать на ломтики разной формы – прямоугольные или треугольные. В данном случае реальна лишь сама буханка. Если рассмотреть пространственно-временную геометрию деситтеровского пространства для инфляционной модели, то выясняется, что оно начинается в виде конечной 3-сферной вселенной на талии и вечно расширяется, приобретая бесконечный объем. Такая замечательная геометрия пространства-времени, где инфляция продолжается вечно и пространство становится бесконечно велико, позволяет создать бесконечное количество бесконечных пузырьковых Вселенных в вечно расширяющемся море.
Рис. 23.3. Пузырьковые вселенные, образующиеся в инфлирующем море, – Мультивселенная. Иллюстрация предоставлена Дж. Ричардом Готтом, адаптирована из Time Travel in Einstein’s Universe, Houghton Mifflin, 2001
В разных пузырьковых вселенных могут действовать различные законы физики, если считать, что разные пузыри соответствуют туннелированию и скатыванию в разные долины космического ландшафта, причем значения различных физических полей от долины к долине могут отличаться. Законы физики, действующие в нашей Вселенной, могут оказаться лишь локальными «нормативными актами», что подчеркивают в своих работах Андрей Линде и Мартин Рис.
Важное свойство деситтеровской инфляционной модели таково: она должна начинаться с талии. Нам не нужен этап бесконечного сжатия, предшествующий талии. Борде и Виленкин продемонстрировали почему: на этапе сжатия также будут формироваться пузырьки и, следовательно, пузырьки будут расширяться в сжимающемся пространстве: сравнительно неплотные пузыри будут сливаться друг с другом и заполнять пространство. В результате получится инфлирующее море, которое так и не достигнет талии, а значит, не перейдет к этапу расширения. Возникнет просто сингулярность Большого схлопывания; пузырьки не будут обладать достаточной отрицательной энергией, чтобы на талии процесс пошел вспять. Итак, Борде и Виленкин пришли к выводу, что инфлирующая Мультивселенная начинается с конечного участка инфлирующего моря. Он может быть миниатюрным, всего 3 × 10 см. Это не «ничто», но, пожалуй, «почти ничто» в любом мыслимом приближении.
Плотность энергии вакуума можно сравнить с отметкой высоты на ландшафте. Данная высота соответствует плотности энергии вакуума, то есть плотности энергии пустого пространства. Различные участки местности соответствуют различным значениям полей (например, поля Хиггса), порождающих энергию вакуума. Различные местоположения (разные значения полей) соответствуют разным высотам (разным значениям плотности вакуума). В настоящее время плотность вакуума очень низкая – мы почти на уровне моря. Но в юной Вселенной плотность вакуума должна была быть велика, как будто Вселенная была заперта в высокогорной долине (рис. 23.4).
Если шар окажется в такой долине, то он, в конечном итоге, будет неустойчив. Есть более низкоэнергетическое состояние, куда он может скатиться, – уровень моря. Но шар может остаться в долине, если со всех сторон его окружают высокие горы. В ньютоновской Вселенной такой шар ни при каких условиях не может скатиться вниз, но известен процесс, именуемый «квантовое туннелирование», позволяющий шару проскочить через гору и покатиться к морю.
Рис. 23.4. Квантовое туннелирование. Иллюстрация предоставлена Дж. Ричардом Готтом, адаптирована из Time Travel in Einstein’s Universe, Houghton Mifflin, 2001
Георгий Гамов открыл процесс квантового туннелирования. Таким образом он объяснил деление ядра урана. При распаде ядра урана выделяется альфа-частица (ядро гелия, в котором два протона и два нейтрона). Альфа-частицу удерживает в ядре сильное ядерное взаимодействие, приковывающее эту частицу к другим протонам и нейтронам. Сильное взаимодействие напоминает горный кряж, опоясывающий долину и заключающий альфа-частицу внутри ядра.
