Физика с Хокингом. Ключевые идеи в популярном изложении - Рюдигер Ваас Страница 8

пространстве и времени. Поэтому бессмысленно спрашивать, что за этим стоит. Так же бессмысленно, как и вопрос о том, что находится к югу от Южного полюса.

Мнимое время подобно часам без стрелок, четырехмерной абстракции.

И как законы природы действуют на Южном полюсе, так же должно было произойти и во время Большого  взрыва. Таким образом, модель инстантона Хокинга позволяет избежать утомительного вопроса о том, что произошло до Большого взрыва.

«Время определяется интервалом между событиями. Не существует внешней меры времени, согласно которой Вселенная внезапно началась с Большого взрыва. Поэтому вопрос о том, что произошло за минуту до Большого взрыва, не имеет смысла. Время тогда просто не было определено».

Откуда идет время?

Предположение Хокинга о Вселенной без границ стало прорывом и было подхвачено многими исследователями. Однако у этой идеи есть и слабые стороны.

Вселенная с сингулярностями в Большом взрыве и «финальном взрыве» сравнима с пересечением долгот на полюсах Земли. Но в реальности законы природы не могут действовать вне системы. Поэтому космологи ищут модели, свободные от сингулярности. Хокинг предлагал нечто подобное. Его модель была основана на введении мнимого времени, которое перпендикулярно привычному реальному времени и, подобно широтам на земном шаре, не имеет сингулярности.

Большую трудность представляет интерпретация мнимого времени и переход от него к обычному времени. Четырехмерная пространственная полусфера инстантона с точки зрения математики прекрасно сочетается с пространственно-временной воронкой расширяющейся Вселенной. Но что означает подобное описание для реальности? Как из безвременья возникло время?

Этот вопрос остается без ответа по сей день. А может быть, и сам вопрос поставлен неверно. Независимо от конкретной модели остается неясным, что на самом деле означает «начало времени». Потому что время не началось, подобно началу концерта, с нулевой точки времени – не было никакого «до», а значит, и момента начала. Поэтому пытаться выяснить, что было до Большого взрыва, было бы бессмысленно, так же, как спрашивать, кто является матерью клуба, даже если у каждого его участника есть мать. Поэтому некоторые вопросы излишни подобно вопросу о том, как долго человек играет в шахматы, если он никогда не изучал правила. Как или почему произошел Большой взрыв или первый момент – это то, что мы хотели бы знать, и по аналогии с основанием какой-то ассоциации такой вопрос имеет смысл и на него можно ответить.

Кроме того, тут возникла гораздо более конкретная проблема: астрономические измерения больше не соответствовали первоначальной модели Хокинга. В 1997 году совместно с Нилом Туроком он сформулировал еще одну, хотя и не особенно реалистичную, модель, которая также имеет математическое инстантонное решение с мнимым временем. Однако вскоре новые данные опровергли и это предположение.

Может ли время иметь два противоположных направления?

Мост в настоящее

Хокинг не сдался. С 2007 года совместно с Джеймсом Хартлом и Томасом Хертогом он разработал новую модель инстантона для объяснения Большого взрыва. Здесь инстантон представляет собой своего рода «мост» между коллапсирующей[3] предшествующей вселенной и нашим расширяющимся пространством. Соответственно, Большой взрыв был бы не абсолютным началом, а переходом. В космологии это называется «bounce», что на русский язык можно перевести как «отскок»[4], «поворот» или даже «первичный взмах». Важно: отскок не проходит через сингулярность.

Если Большой взрыв действительно был скачком, то возникает вопрос: что произошло до этого? Мы, вероятно, никогда этого не узнаем. Но, возможно, следы предшествующей Вселенной все еще существуют в космосе (запечатленные, например, в так называемом гравитационно-волновом фоне или в космическом фоновом излучении первого света). Модели других космологов, также описывающих Большой взрыв как переход, говорили об этом и ранее.

В последней космологической модели Хокинга инстантон Большого взрыва представляет собой переход от коллапсирующей предшествующей Вселенной к расширяющейся Вселенной сегодня. До «отскока» время, как ни странно, могло двигаться в противоположном направлении.

Хокинг и его коллеги скептически относятся к подобным космическим окаменелостям. Во-первых, крайне сложно интерпретировать природу описания инстантона, поскольку инстантон имеет только мнимое время. Более того, Вселенная, коллапсирующая из бесконечного прошлого, была бы столь же загадочной, как и та, которая имела абсолютное начало, потому что в конечном итоге ее происхождение было бы столь же необъяснимым.

Однако когда Хокинг с коллегами решили свои уравнения и выполнили приблизительные вычисления на компьютере, они столкнулись с сюрпризом: направление времени в предшествующей Вселенной оказалось противоположным направлению времени в нашей Вселенной. Поэтому события на одной стороне не окажут никакого влияния на другую. Это как песочные часы, бегущие в обоих направлениях одновременно.

В своих публикациях Хокинг, Хартл и Хертог пишут, что существует определенная вероятность того, что Большой взрыв был скачком. Трудно сказать, столкнулись ли две противоположные по времени Вселенные или же предыдущая Вселенная изменила свое временное направление и стала нашей. Возможно, что обе Вселенные перешли из состояния безвременья в состояние существования и эволюционировали отдельно друг от друга. Новая модель мира по-прежнему затрагивает множество фундаментальных вопросов. И они существенно зависят от того, что такое время на самом деле.

«Наши шансы получить сообщение от существ по ту сторону границы не больше, чем шансы отправить сообщение назад во времени, чтобы предотвратить события, которые позже имели бы неприятные последствия».

Первый свет

Спустя 100000 лет после Большого взрыва в любой точке космоса температура была выше, чем на поверхности Солнца. Когда же температура опустилась ниже 4000 градусов, стремительно движущиеся электроны были пойманы атомными ядрами. Так образовались первые атомы. В то же время Вселенная стала прозрачной, и свет смог свободно распространяться. Раньше он постоянно рассеивался, поглощался и переизлучался материей, как это происходит и сейчас внутри звезд, где фотонам требуется более 100000 лет, чтобы добраться из центра до поверхности.

Этот самый первый свет и сегодня заполняет космос в виде фонового космического излучения: в настоящее время в каждом кубическом сантиметре содержится около 440 фотонов (частиц света). Они были выпущены примерно через 380 000 лет после Большого взрыва. В настоящее время они располагают только энергией микроволн, т. е. коротковолнового радиоизлучения. Но разогреть суп на нем не получится, потому что это излучение имеет температуру минус 270 градусов по Цельсию. Так вот какова температура космоса! (Вряд ли может быть намного холоднее, поскольку температура останавливается на