Все эти умозрительные идеи дают новую точку зрения на число λ – ключевое число, которое определяет, сколько энергии содержится в пустом пространстве. Считается, что эта энергия, управляющая инфляцией, в латентном состоянии существует в вакууме. Это означает, что λ в отдаленном прошлом была больше на 120 порядков по сравнению со значением, которое оно может иметь сейчас. С такой точки зрения кажется удивительным, что число λ должно было ослабеть до такой степени, чтобы его значение приближалось к нулю. Есть три разных решения этой загадки.
Одно из них состоит в том, что микроструктура пространства (возможно, структурированные подобно пене объединения крошечных взаимосвязанных черных дыр) как-то направляет это число в нужном направлении. Вторая идея заключается в том, что спад происходит постепенно и каким-то образом связан с плотностью обычного вещества. Раз так, то, возможно, не случайно вакуум сейчас вносит в это число практически такой же вклад, как и обычное вещество, поэтому значение Ω составляет примерно 0,3, но в вакууме все еще хранятся запасы энергии, достаточные для того, чтобы обеспечить недостающие 0,7, которые нужны, чтобы довести общую плотность до критического значения для плоской вселенной.
Третья возможность состоит в том, что не существует никакого фундаментального объяснения малости числа λ в нашей Вселенной, но его «настройка» (как и «настройка» всех остальных наших чисел) – это необходимое условие нашего существования. Мы можем считать λ силой, нейтрализующей тяготение при определенной плотности. Именно это должно было происходить в статичной вселенной, которую имел в виду Эйнштейн, когда придумал это число. Поэтому, когда вселенная расширяется и обычное вещество становится более рассеянным, плотность на определенном этапе падает ниже критического уровня и отталкивание начинает «побеждать» тяготение. Возможно, наша собственная Вселенная уже прошла этот критический уровень, поэтому галактики ускоряются в своем движении от нас. Но представьте себе вселенную, которая была бы «установлена» точно так же, как наша, за исключением одного факта – число λ было бы намного больше. Тогда отталкивание взяло бы верх намного раньше. Если бы этот переход произошел до того, как сформировались галактики, они бы так и не возникли – такая вселенная была бы стерильной.
В мультивселенной число λ может принимать множество различных значений: оно может быть представлено как рядом дискретных чисел (определяемых тем, как свернулись дополнительные измерения), так и бесконечным множеством возможностей. В большинстве вселенных λ будет намного выше, чем в нашей. Но наша Вселенная может быть типичной в ряду тех, где галактики могут сформироваться.
АРГУМЕНТ КЕПЛЕРА
Проблема мультивселенной может выглядеть сложной даже по космологическим стандартам, но она влияет на то, как мы оцениваем полученные из наблюдений доказательства в сегодняшних спорах о числах Ω и λ. Некоторые теоретики отдают предпочтение самой простой вселенной с достаточным количеством межгалактической темной материи (что противоречит лучшим сегодняшним доказательствам), чтобы число Ω стало
Возможно, здесь мы можем провести параллель со спорами, которые происходили 400 лет назад. Кеплер открыл, что планеты движутся не по круговым, а по эллиптическим орбитам. Галилей был этим огорчен. Он писал: «Для поддержания наилучшего расположения и совершенного порядка частей вселенной… нет ничего другого, кроме кругового движения»[45].
Галилею окружности казались более красивыми, и они были проще – они определяются всего одним числом, радиусом, тогда как для эллипса понадобится дополнительное число, чтобы обозначить его форму (эксцентриситет). Ньютон позже доказал тем не менее, что все эллиптические орбиты можно понять с помощью одной объединенной теории тяготения. Если бы Галилей был еще жив, когда были опубликованы «Математические начала», открытие Ньютона, разумеется, заставило бы его обрадоваться и изменить свое мнение по поводу эллипсов.
Параллель очевидна. Вселенная с низким числом Ω и ненулевым числом λ и т. д. может показаться уродливой и сложной. Но возможно, вся проблема в нашем ограниченном видении. Наша Земля следует по одному эллипсу из бесконечного множества возможных, ее орбита ограничена только требованием, которое позволяет окружающей среде благоприятствовать эволюции (не слишком близко к Солнцу, но и не слишком далеко). Подобным же образом наша Вселенная может быть всего лишь одной из целого набора возможных вселенных и ограничиваться только требованием, которое допускает наше появление. Поэтому я предпочитаю быть осторожнее с бритвой Оккама{21}: предпочтение, отданное более «простой» космологии, может быть таким же близоруким, как страстная влюбленность Галилея в окружности.
Если на самом деле существует множество вселенных, описываемых различными «космическими числами», тогда мы обнаружим себя в одной маленькой и нетипичной подгруппе, где шесть чисел допускают сложную эволюцию. Кажущиеся «спроектированными» особенности нашей Вселенной не должны удивлять нас больше, чем мы удивляемся тому, что вообще в ней находимся. Мы обитаем на планете с атмосферой, обращающейся на определенном расстоянии от своей звезды-прародительницы, хотя на самом деле это очень «особенное» и нетипичное место. Случайно выбранное место в космосе окажется очень далеко от любой звезды; более того, скорее всего, оно будет находиться где-то в межгалактической пустоте, в миллионах св. лет от ближайшей галактики.
Во время написания этой книги точка зрения о том, что наши шесть чисел в космической истории являются не более чем случайностью, всего лишь интуитивное подозрение. Но оно может укрепиться, если наше понимание лежащих за ними физических процессов углубится. Куда важнее для ее положения в качестве настоящей научной гипотезы то, что она может быть опровергнута: нам нужно будет искать другое объяснение, если выяснится, что эти числа
Если лежащие за ними законы определяют все ключевые числа единственным образом, так что никакая другая вселенная математически не согласуется с этими законами, тогда нам придется принять то, что «настройка» есть неумолимый факт и была сделана по воле Провидения. С другой стороны, всеобщая теория может позволять существование мультивселенной, эволюция которой отмечена регулярно повторяющимися «большими взрывами». Тогда лежащие в основе мультивселенной физические законы могут позволять многообразие отдельных вселенных.
УСПЕХИ И ПЕРСПЕКТИВЫ: РЕЗЮМЕ
Объяснение ультраранней вселенной и разработка понятия мультивселенной – задачи текущего столетия. Они будут выглядеть не такими устрашающими, если мы оглянемся на то, что было достигнуто за XX в. Сто лет назад загадкой было само сияние звезд; мы и понятия не имели о том, что находится за пределами нашего Млечного Пути, который считался статической системой. Для сравнения: сейчас наша панорама расширилась на 10 млрд св. лет, и ее историю можно проследить до первых долей секунды в «начале».
Конечно, физически мы можем осуществлять исследования по-прежнему только в нашей Солнечной системе, но усовершенствование телескопов и датчиков позволяет нам изучать такие далекие галактики, что свет от них шел до нас 90 % времени после Большого взрыва. Мы нанесли на карту – по крайней мере в общих чертах – бо́льшую часть пространства, которое для нас в принципе доступно, хотя подозреваем, что за границами нашего поля зрения Вселенная занимает гораздо более значительный объем, свет от которого до нас еще не добрался (и, возможно, никогда не доберется).
Из подробных наблюдений мы узнаём, как возникают космические структуры и как развиваются галактики – не только близлежащие к нам, но и популяции далеких галактик, которые мы видим такими, какими они были до 10 млрд лет назад.
Такое продвижение возможно только благодаря пониманию, которое само по себе примечательно: основные физические законы постижимы и применимы не только к Земле, но и к самым отдаленным галактикам, причем не только в настоящее время, но даже в первые секунды расширения Вселенной. Только в первые миллисекунды космического расширения и глубоко внутри черных дыр мы сталкиваемся с условиями, где основные физические принципы остаются для нас неизвестными.
Специалисты по космологии больше не страдают от недостатка информации. Современные достижения в большей мере принадлежат наблюдателям и экспериментаторам, а не кабинетным мыслителям. Но в будущем появятся кабинетные «наблюдатели». Результаты обзорных наблюдений галактик, подробные карты неба и т. д. будут доступны для всех имеющих подключение к интернету. Куда более широкое научное сообщество сможет принимать участие в исследовании нашей космической среды обитания, проверять свои интуитивные догадки, искать новые закономерности и т. д.
Наблюдения в значительной степени улучшились, но наше понимание продвигается вперед зигзагом. Его можно изобразить как пилообразный график – теории приходят и оспариваются, но в целом такой график направлен вверх. Для успеха необходимо больше мощных телескопов и нужны более мощные компьютеры, которые позволят создать более реалистичные модели.
В науке есть три великих фронта познания: очень большое, очень маленькое и очень сложное. Космология связана со всеми тремя. В течение нескольких лет космические числа λ, Ω и Q должны быть измерены так, как были измерены размер и форма Земли после XVIII в. Тогда мы, возможно, решим проблему темной материи.