Владилен Барашенков - Кварки, протоны, Вселенная
Прибавляя координату за координатой, можно строить миры различной размерности и изучать их геометрические свойства. С математической точки зрения окружающий нас мир представляет собой трехмерную поверхность в воображаемом четырехмерном мире. Подобно двухмерной сфере, он одновременно бесконечен и замкнут. И так же, как нет границ у мира на глобусе, их нет и в нашем трехмерном мире. А так как никакого четвертого измерения в природе не существует, наш мир охватывает все пространство. У него нет краев, и вопрос о том, что находится за пределами расширяющейся Вселенной, просто не имеет смысла. Такого «места» в природе нет. Словосочетание «за пределами Вселенной» почти так же бессмысленно, как «белая чернота» или «жаркий холод».
Конечно, можно спросить: а откуда известно, что наш мир не вложен в пространство большего числа измерений? Не страдаем ли мы самоуверенностью или, что еще хуже, ограниченностью божьей коровки, ползущей по глобусу, и просто не замечаем четвертого, а может быть, и других измерений? Ответ дает эксперимент. Если бы в природе существовали эти измерения, мы встречались бы с массой поразительных явлений — ведь тогда между событиями в разных пространственно-временных точках нашего мира была бы связь через недоступные нашему восприятию размерности. Вокруг нас постоянно происходили бы чудеса, среди которых мгновенное перемещение тел или машины времени были бы самыми простыми и обычными вещами.
В последние годы в нашей стране и за рубежом были выполнены очень точные опыты, в которых проверялось, не нарушается ли причинность в процессах с элементарными частицами. И никаких отклонений не было обнаружено. Вообще говоря, высшие пространственно-временные размерности — четырехмерное или пятимерное пространство, многомерное время и так далее — могут существовать где-то очень глубоко в области ультрамалых расстояний и длительностей, куда еще не добрались наши приборы. Некоторые из современных теорий указывают на такую возможность.
Нет ничего мистического и в вопросе о начале мира во времени. Если данные астрономических наблюдений о распухании пространства повернуть обратно во времени, мы неизбежно придем к выводу, что в далеком прошлом, 15—20 миллиардов лет назад, Вселенная была почти точечной — с уже известными нам размерами около 10-33 сантиметров и даже меньше (если меньшие размеры могут быть в природе). Однако, как уже подчеркивалось в одной из предшествующих глав, такой вывод получается, если предполагать, что свойства времени, его «ритм», всегда оставались одинаковыми. Но это совсем не так! Если бы можно было установить наши часы в раскаленной юной Вселенной, их показания были бы совсем не такими, как у нас дома. Говорить о первых мгновениях жизни Вселенной, о времени в окрестностях ее «начала», где важную роль играли квантовые процессы и время, по-видимому, имело дискретный характер, можно лишь условно.
Вопрос о том, что было «до начала мира», например, 40 или 50 миллиардов лет назад, предполагает, что тогда сохранялись условия, к которым приложимо наше понятие времени. На самом же деле для описания процессов вблизи «начала мира» нужны совсем другие мерки. Использовать здесь наши часы так же бессмысленно, как измерять длину и вес тела термометром.
Пожалуй, самый простой способ примирить поразительные выводы теории с привычными нам представлениями — это допустить, что начало Вселенной в том виде, как оно известно нам сейчас, является концом какой-то другой фазы развития материи, где наши представления о пространстве и времени требуют иных и принципиальных обобщений. Рассказать нам об этом может только теория: следы предшествующей фазы, если таковая была, стерты огненным хаосом Бит Бэнга, и опыт здесь пока бессилен. Правда, только «пока». По-видимому, мы узнаем нечто новое, когда астрофизические приборы заглянут так далеко в космос, что смогут заметить разлетающиеся осколки древнего вещества Вселенной. Увидеть (в буквальном смысле этого слова), что творилось в момент ее рождения, когда, возможно, не оборвались еще связи с предшествующей фазой, мы сможем, когда научимся детектировать волны полей тяготения. Подобно тому как остаточное тепловое излучение космоса говорит нам о заключительной стадии «кипения» ядерного вещества в горниле Биг Бэнга, остаточные гравитационные волны, на которые не влияют высокие температуры, расскажут о самых первых мгновениях жизни Вселенной. Работы по созданию приборов, которые должны заметить и помочь нам расшифровать гравитационные следы процессов, бушевавших в только что родившемся мире, ведутся во многих странах, в том числе и в Советском Союзе.
Окрестность «начала мира» — предмет новой науки: квантовой космологии, которая еще только создается. Поэтому сегодня можно строить лишь грубые модели, чтобы хоть как-то с помощью известных нам физических законов попытаться получить наглядную картину рождения Вселенной. Одна из таких моделей предполагает, например, что существуют соприкасающиеся миры, каждый из которых в силу относительности пространственно-временных масштабов — элементарная частица в другом мире (вспомним о полузамкнутых мирах-фридмонах!). Точка соприкосновения — «прокол» из одного мира в другой. В одном мире это микроскопическая черная дыра, куда проваливается вещество (и, может быть, даже стягивается вся Вселенная), а в другом мире — «белая дыра», развертывающаяся в новую Вселенную. Растягивается и растет, как мыльный пузырь на проколотом футбольном мяче!
«Белая дыра» (извержение вещества из точки) может возникнуть и в том случае, если в невидимом нам мире, скрытом внутри фридмона, вдруг уменьшится масса, например «утонет» в самозамкнувшемся участке пространства. Тогда фридмон начнет распухать — раздуваться в огромную Вселенную.
В основе другой модели лежит мысль о том, что глубоко в микромире пространство-время имеет больше измерений, чем в макромире, причем привычных нам четырех измерений — длины, высоты, ширины и длительности — там может и не быть, так же как, например, в уже достигнутых нами микроскопических областях нет привычных нам левого и правого. С позиций знакомых нам ощущений вполне допустимо сказать, что материя находится там как бы вне времени и пространства, а точнее, в других пространственно-временных измерениях, которых нет в макромире. В силу каких-то причин, например, вследствие случайных флюктуаций, физических процессов, происходивших в праматерии, проявились известные нам пространственно-временные измерения, то есть материя вынырнула в «нашем пространстве», которое затем стало быстро расширяться.
Недостаток всех подобных моделей в том, что они не имеют под собой надежных экспериментальных оснований и поэтому сами содержат большое число загадок и темных пятен. Это гипотезы, которые еще предстоит обосновать и проверить.
Человек всегда стремился познать тайны окружающего его мира — найти первоэлементы, построить модель Вселенной как целого. Пожалуй, ни одна цивилизация не могла бы существовать, не обладая своей, пусть еще далекой от реальности картиной мироздания. Но когда дело касается моделей мира в целом, надо быть очень осторожным. С помощью различных гипотез на основе одних и тех же экспериментальных фактов могут быть построены различные модели, и узнать, какая из них ближе к реальности, не так-то просто. Теория должна преодолеть узкий пролив между Сциллой догматизма и Харибдой беспочвенной фантазии. В этом бурном проливе погибло уже немало теорий. Но немало и благополучно его миновали.
Однажды родившись, наша Вселенная вот уже 20 миллиардов лет непрерывно расширяется. А что станет с ней потом, например через 100 миллиардов лет? Чем ограничена сверху временная шкала?
Через 100 миллиардов лет мало что изменится. Разве только потухнут некоторые знакомые нам звезды. Существенные изменения произойдут, когда возраст Вселенной достигнет 100 триллионов лет — увеличится еще в тысячу раз. К этому времени все запасенное в звездах ядерное горючее будет исчерпано, Вселенная станет темной. Она будет похожа на газ с частицами из галактик, звездных скоплений и отдельных звезд. И как это всегда бывает в газовом облаке, между ними будет происходить множество случайных столкновений. Упорядоченные структуры распадутся, и входящие в их состав пылинки-звезды рассеются в огромном все еще раздувающемся пространстве Вселенной. Однако, как показывают расчеты, некоторая часть галактик и звездных систем, а также, случайно оказавшихся рядом с ними звезд под действием сил гравитационного притяжения сожмутся в массивные объекты, которые затем превратятся в черные дыры. На все это уйдет около триллиона триллионов лет. По сравнению с таким гигантским интервалом времени продолжительность всей предшествующей жизни Вселенной — все равно что год по сравнению с ее 20 миллиардами лет.
