Наивные вопросы создателю: как возникла Вселенная?

Открытия в космологии перевернули наши представления о том, как зарождалась Вселенная. Новые теории ставят в тупик неподготовленный ум — одно лишь положение о множественности вселенных чего стоит. Вопросы возникают по всем пунктам этой уже практически признанной всеми инфляционной модели. Алексей Старобинский, главный научный сотрудник Института теоретической физики им. Л. Д. Ландау, и Андрей Линде, профессор Стэнфордского университета, ответили корреспонденту «РР» на некоторые из них.

Историю возникновения Вселенной я слышал неоднократно, причем от самого создателя. Нет, не мира, а инфляционной теории, но зато эта теория как раз рождение мира и описывает. Создателя зовут Алексей Старобинский, именно он в 1979 году опубликовал в журнале «Письма в ЖЭТФ» статью о том, как экспериментально узнать, что было до Большого взрыва. Три десятка лет инфляционной теорией занимались многие исследователи: было построено несколько моделей, ее проверили в наблюдениях за реликтовым излучением, и в результате мы имеем следующую картину.

13–14 млрд лет назад наша Вселенная возникла из небольшого пузырька высокоэнергетического вакуума. Размером пузырек был около 10−27 сантиметра или на несколько порядков больше, и в нем тогда была сосредоточена вся материя нынешней Вселенной. Той, которую мы сейчас можем видеть.

За доли секунды пузырек многократно раздулся и стал размером уже в сантиметры. Этот процесс назвали инфляцией — раздуванием, отсюда и название теории. Потом Вселенная продолжала расширяться, но уже медленнее. Плотность энергии падала, а сама энергия переходила в другие виды материи, например в вещество. Появились частицы, из них — звезды и галактики. В результате мир пришел к

Космологи утверждают, что таких пузырьков, или областей пространства, должно быть много. Они даже придумали термин — мультиверс (мультивселенная). И в этих других пузырьках могут быть физические законы, отличающиеся от наших.

Каждый раз, когда мне приходится пересказывать эту картину, мне задают вопросы, на которые я не умею отвечать. Детские вопросы. Например, такой: «А из чего сделаны стенки нашего пузыря? Как они выглядят?»

Чтобы разобраться со стенками и прочими непредставимыми объектами вселенных, я обратился к двум знаменитым теоретикам инфляционной гипотезы — к уже упоминавшемуся Алексею Старобинскому и к Андрею Линде, создавшему свою модель. Выяснить получилось не очень: создателей по отдельности понять можно, но картинки, которые они рисуют, получаются разными.

— Когда мы переходим от формул к словесным объяснениям, последние очень часто бывают неточными, — сказал мне Алексей Старобинский. — Поэтому нет ничего удивительного в том, что одна и та же формула в словах выглядит по-разному. Причем Андрей старается объяснять понятно, а я как раз не стараюсь. Потом ко мне приходят и говорят: «А вот Андрей Дмитриевич объяснял так просто!» Я отвечаю, что Андрей Дмитриевич для вас слишком все упростил, и не так это все просто.

От себя добавлю, что все-таки речь идет о разных моделях.

Итак, ответы на детские вопросы от двух специалистов по устройству мира.Как выглядит край Вселенной?

Андрей Линде:

С самого начала — терминология неудачна. Представьте себе, что у вас есть бесконечная плоскость. Идете себе и идете, нет ни начала, ни конца. Это один вариант того, что думают о Вселенной. Второй вариант — что она как шарик: вот вы идете вдоль глобуса и вернетесь в ту же точку. Ни в том, ни в другом случае нет никакого края. И это для всей Вселенной.

Но что может оказаться? Что вся бесконечная плоскость или сфера, так же как наша Земля, разделена на землю, воду, на горы, озера, то есть на разные части, которые имеют разные свойства. Эти части в некоторых случаях имеют форму пузырька, а могут иметь и более хитрую форму. Свойства внутри пузырька и снаружи могут быть одинаковые, просто геометрия будет другой. А может оказаться, что внутри пузырька существуют какие-то поля, и частицы там взаимодействуют по-другому.

Это означает, например, что для тех людей, которые находятся внутри одного пузырька, есть обычные электромагнитные взаимодействия: лампочки горят, электрические поезда ездят и так далее. В другой части нет таких взаимодействий. Это не означает, что законы физики другие, просто в разных частях Вселенной они реализуются по-разному. Представьте себе озеро, половина замерзла — лед, а другая нет, рыба может плавать. Это одно и то же химическое — вода, но для рыбы огромная разница, твердая она или жидкая. Вселенная может состоять из частей, где действует один фундаментальный закон физики, но реализован он по-разному. А смысл этого дела в том, что другие элементарные частицы будут сталкиваться, рассеиваться, не будет электропоездов… Жизнь другая, но где-то глубоко у нее та же первооснова.

Алексей Старобинский:

Давайте уточним терминологию. Не все пользуются словом «пузырь», я бы сказал, что только Андрей здесь его использует. Более употребительна такая терминология, которая потом переходит в концепцию метавселенной или мультивселенной. Вот была некая инфляционная стадия, а из нее возникло много постинфляционных вселенных. Каждая из них — то же самое, что Андрей зовет пузырем. Это действительно не очень удачное слово, потому что под пузырем мы имеем в виду что-то такое со стенками, а здесь как раз никаких стенок нет. В нашем трехмерном пространстве нет, они есть в четырехмерном.

Модель такая: давайте расчертим лист бумаги на произвольные куски, каждый кусок и будет Вселенная. В трехмерном пространстве, конечно, это кубики будут. Вот где-то внутри одного из таких пространств мы с вами сидим. Это — Вселенная в нашем понимании. В физической энциклопедии, кстати, написано как раз мое определение: Вселенная — это все, что мы можем видеть, и то, что наши отдаленные потомки могут увидеть. Так называемый космологический горизонт. То есть наша отдельная Вселенная — это все, что находится в одном связанном объеме. Но таких вселенных множество.Как выглядит стенка пузыря Вселенной?

Андрей Линде:

Одна из простейших моделей такая. Представьте, что есть горка, и вы с горки могли упасть вправо, могли — влево. Чтобы из правого состояния перейти в левое, вам надо сначала на горку вскарабкаться, это трудно, на это энергию надо потратить. Вот если у вас есть половина Вселенной, где вы упали направо, а половина, где упали налево, — значит, между ними обязательно будет стенка.

Можно ли как-то эту стенку представить? Вот справа у вас стоит Вселенная, назовем это так, в красном состоянии, слева — в зеленом. Вы обязательно должны перелезть через какой-то барьер, чтобы попасть из красного в зеленое. Во многих теориях эти барьеры очень-очень тонкие. То есть стенка — это 10 в минус 30−й степени сантиметра или в минус 15−й, зависит от теории. Кроме того, эта стенка может не просто стоять, а двигаться, например на вас. Стенке хочется двигаться в ту сторону, где есть выигрыш в энергии, и скорость ее приближается к скорости света.

Она либо на вас несется, как паровоз, эта тоненькая стенка, либо от вас. В обоих случаях вы ее вряд ли увидите. Потому что если она бежит от вас со скоростью света, то когда вы получите от нее какой-то сигнал, она будет очень-очень далеко. Не то чтобы вы ее не увидели совсем, но вы ее увидите не в том месте, где она сейчас. А если она бежит на вас, то она вас ударит, — и больше вы уже ничего и никогда не увидите.

Это только одна из возможностей. Есть и другая: от одного уровня до другого переходы могут быть плавные. Вот идете вы по Вселенной, и у вас потихонечку накапливаются изменения, вы переходите в другую часть, и там плавно становится не так, как у нас.

Пример этого может быть такой. У нас, в нашей части Вселенной, есть материя и нет антиматерии. Потом вы идете дальше и видите, что пришли в то место, где количество материи и антиматерии одинаково. Потом вы пошли дальше, и там — только антиматерия и нет материи. Вы будете жить в другой области, и у вас будет загадка: а почему это в моей области есть только антиматерия и нет материи? Что, антиматерия лучше? А в нашем мире вы будете задаваться вопросом: почему у нас только материя — что, материя лучше? А в глобальной структуре Вселенной есть и то и другое в разных местах.