Там, где встречаются теории: отсутствие граничных условий и инфляция

Под конец 1990-х годов, с приближением нового тысячелетия, на фоне упрочившейся научной репутации и общенародной славы Хокинга кое-какие его теории все еще вызывали споры – в особенности созданная вместе с Джимом Хартлом гипотеза об отсутствии граничных условий. Из этой теории вытекала закрытая модель вселенной, первая модель Фридмана (рис. 6.1). Эта модель предполагала в исходе коллапс вселенной, Большое сжатие. Новые открытия – ускоряющееся расширение вселенной и более точные подсчеты имеющихся во вселенной запасов энергии и вещества – побуждали физиков-теоретиков в конце 1990-х усомниться в том, что наша вселенная относится к такого рода моделям. Казалось все более вероятным, что это – “открытая” вселенная, вторая модель Фридмана, и она будет расширяться вечно.

В то же время теория инфляции предполагала “плоскую” вселенную, третью модель Фридмана, в которой запасы вещества отмерены точно – без избытка и без недостатка, – так что вселенная может расширяться лишь с такой скоростью, чтобы избежать коллапса. В 1995 году Нил Турок, Мартин Бухер и Альфред Гольдхабер из нью-йоркского Университета Стоуни-Брук написали статью, доказывавшую, что инфляция не исключает формирования открытой, вечно расширяющейся вселенной, – однако это не спасало гипотезу об отсутствии граничных условий[322].

Гипотеза об отсутствии граничных условий предсказывала закрытую вселенную, теория инфляции допускала плоскую или открытую, данные наблюдений склонялись в пользу открытой модели – Хокингу требовалось как-то согласовать эти три версии. Он давно дружил с Нилом Туроком, и как-то раз за чашкой чая после семинара в Кембридже, посвященного открытой инфляции, они обменялись идеями.

В результате сложилась модель, в которой частица пространства и времени – совсем крошечная, слегка неровная, сморщенная четырехмерная сфера – сама собой раздувалась в бесконечную открытую вселенную[323]. Поскольку эта частица могла продержаться лишь мгновение, прежде чем наступит инфляция, лишь краткий, так сказать, промельк, Хокинг и Турок окрестили ее “инстантоном”, но в народе прижилось название “горошина”: оба теоретика согласились на том, что при своих бесконечно малых размерах эта частица весит около грамма, то есть примерно как горошина. Образ горошины тем более уместен, что горошина круглая, как кругло и “рождение” вселенной, где, согласно гипотезе об отсутствии граничных условий, время было четвертым измерением пространства. Причем “горошина” – не сингулярность. Не точка бесконечной плотности. Говоря словами Нила Турока: “Представьте себе инфляцию как огромный взрыв, произведенный зарядом динамита. Наш инстантон – что-то вроде самовоспламеняющегося запала, включающего инфляцию. Для этого ему требуется сила притяжения, материя, пространство и время. Уберите любой из этих ингредиентов – и инстантона не будет. Но если имеется инстантон, то он почти сразу же превращается в бесконечно расширяющуюся вселенную”[324].

“Вне” инстантона ничего не существовало, как ничего не существовало “до” него. И во времени, и в пространстве существовал только он. Тем не менее пресса явно преувеличивала, разнося слух, будто эта теория объясняет появление вселенной из ничего. Вселенная появилась из “сочетания гравитации, пространства, времени и материи, плотно упакованных в маленький круглый объект”[325].

Неплохая попытка объединить теорию инфляции, отсутствие граничных условий и данные наблюдений, однако далеко не все коллеги Турока и Хокинга с ходу ее признали. Одним из существенных препятствий стало то обстоятельство, что эта модель предсказывала существование множества вселенных вообще без материи. Ну, с этим-то изъяном Хокинг без труда разделался: тут можно применить антропный принцип и утверждать, что из всех гипотетически возможных вселенных лишь одна оказалась пригодной для поддержания разумной жизни.

Критиковали новую версию в основном те, кто так и не принял гипотезу об отсутствии граничных условий и не считал возможным учитывать ее при создании всеохватывающей теории. Многим казалось также, что Турок и Хокинг чересчур полагаются на антропный принцип. Резко возражал Андрей Линде: на его взгляд, модель вселенных, включающих в лучшем случае не более одной тридцатой плотности материи от ныне наблюдаемой в нашей вселенной, неприемлема, и тут даже антропный принцип не спасет. Хокинг и Турок отбивались: это пока лишь самая простая модель, для начала, а потом они доведут ее до большей реалистичности, и результат заметно улучшится.

Поскольку общественность проявляла интерес ко всему, чем занимался Хокинг, газеты по обе стороны Атлантики освещали этот спор так, словно физики-теоретики вступили в борьбу титанов. “Дайте горошине шанс!”[326] – взывал Astronomy Magazine, а Science занимал противную сторону: “Инфляция угрожает открытой вселенной”[327]. В Стэнфорде, где преподавал Линде, онлайн-новости передавали в духе отчета о спортивном поединке: “Хокинг и Линде вступили в схватку за теорию рождения вселенной”[328]. Первым стояло имя Хокинга, хотя Линде стал уже для Стэнфорда своим – но, возможно, редакторы Stanford Report Online сочли, что к алфавитному порядку никто не придерется.

Была пора, когда Линде трепетал перед Хокингом, но это время давно миновало. Он по-прежнему отзывался о Хокинге как о “невероятно талантливом человеке”[329] и “блестящей личности”[330], но указывал также, что вера Хокинга в математику достигла степени религиозной[331], что “порой – так мне кажется – он настолько доверяется математике, что сперва производит вычисление, а уж потом пытается его объяснить”[332]. “Математические методы нужно применять корректно, а в данном случае, как подсказывает мне интуиция, он поступил иначе”[333]. Но одним глубоко искренним комплиментом Линде подтвердил то, что говорили о Хокинге и многие другие: “Стивена я считаю близким другом и надеюсь сохранить эти отношения и после того, как отгремят наши споры. Он не раз приходил к неожиданным выводам, которые поначалу казались ошибочными, – потом одни из них оказывались верными, а другие удавалось опровергнуть. Подождем и увидим, как дело обернется в данном случае”[334].

Статья в онлайн-новостях Стэнфорда появилась после семинара, который Хокинг провел в Стэнфорде в апреле по приглашению Линде. Огромные толпы собрались посмотреть, как эти двое “вступят в схватку”. Затем Хокинг дискутировал против Линде и Александра Виленкина в ноябре в Монтерее (Калифорния), отстаивая применение антропного принципа с силой и убедительностью, предвещавшей, сколь большое значение он намерен придать этому принципу в будущем: “Нашу вселенную не настиг скоропостижный коллапс, она не сделалась практически пустой, а значит, следует принять во внимание антропный принцип: если бы вселенная не годилась для нашего существования, мы бы не спрашивали, почему она так устроена”[335]. Но присяжным еще долго предстояло заседать, прежде чем они вынесут решение по гипотезе Хокинга – Турока.