Образование вселенных из ничего

Вернемся в 1982 год, когда инфляция еще оставалась совсем свежей темой, полной неисследованных идей и требующих напряженной работы задач, — в общем, золотой жилой для молодого честолюбивого космолога. Самым интригующим и, пожалуй, наименее связанным с современным состоянием Вселенной был вопрос о том, как инфляция могла начаться. Инфляционная вселенная быстро "забывает" свои начальные условия, и состояние, с которого она стартовала, слабо влияет на то, что происходит потом. Так что, если вы хотите проверить инфляцию наблюдениями, не стоит тратить время на вопрос о ее начале. Но загадка начала все равно остается, и ее нельзя избежать. Она притягивает к себе как магнит.

Из ничего не творится ничто...
Лукреций, "О природе вещей" (пер. Ф.А. Петровского)

Инфляция в конце туннеля

На первый взгляд проблема кажется довольно простой. Мы знаем, что небольшой области пространства, заполненной ложным вакуумом, достаточно, чтобы запустить инфляцию. Поэтому все, что нужно придумать, — это как такая область могла появиться из некоего предшествующего состояния Вселенной.

В те годы доминировало представление, основанное на фридмановской модели, в которой Вселенная расширялась из сингулярного состояния с бесконечной кривизной и бесконечной плотностью материи. Если предположить, что Вселенная заполнена высокоэнергичным ложным вакуумом, любое вещество, которое в ней изначально присутствовало, становится разреженным, что приводит к доминированию энергии вакуума. С этого момента его отталкивающая гравитация берет верх, и начинается инфляция.

Все это хорошо, но с чего бы Вселенной начинать расширяться? Одним из достижений теории инфляции было объяснение расширения Вселенной. Однако, похоже, нам нужно получить расширение еще до того, как начнется инфляция. Притягивающая гравитация вещества первоначально намного сильнее гравитационного отталкивания вакуума, так что, если не постулировать мощную первоначальную вспышку расширения, Вселенная просто сколлапсировала бы, и инфляция никогда бы не началась.

Я некоторое время размышлял над этими аргументами, но логика была очень простой, и никакого выхода не просматривалось. И тогда я неожиданно понял, что вместо коллапса Вселенная может совершить нечто намного более интересное и драматичное...

Рассмотрим замкнутую сферическую вселенную, заполненную ложным вакуумом и содержащую некоторое количество обычной материи. Предположим также, что в некоторый момент она находится в покое, не расширяясь и не сжимаясь. Если ее радиус мал, вещество сжато до высокой плотности, и вселенная сколлапсирует в точку. Если радиус велик, доминирует энергия вакуума, и начнется инфляция. Малые и большие радиусы разделяет барьер, который нельзя пересечь, не придав вселенной высокой скорости расширения.

И вот неожиданно до меня дошло, что коллапс маленькой вселенной был неизбежным только в классической физике. В квантовой теории вселенная может туннелировать под энергетическим барьером и появиться по другую сторону — как это происходит с ядерными частицами в гамовской теории радиоактивного распада.

 В квантовой теории вселенная может туннелировать под энергетическим барьером и появиться по другую  сторону — как это происходит с ядерными частицами в гамовской теории  радиоактивного распада.

Это выглядело изящным решением проблемы. Вселенная возникает чрезвычайно маленькой и с очень высокой вероятностью вновь коллапсирует в сингулярность. Но есть крошечный шанс, что вместо этого она туннелирует сквозь барьер, приобретет больший радиус и начнет инфляционно расширяться (рис. 17.1). Таким образом, в этой грандиозной картине мира будет масса вселенных-неудачниц, живущих лишь неуловимое мгновение, но будут и те, что сумеют сделаться большими.
Почувствовав, что достиг прогресса, я стал торопиться. Существуют ли для размера первичной вселенной какие-то ограничения снизу? Что случится, если мы позволим ей становиться все меньше и меньше? К моему удивлению, выяснилось, что даже при начальных размерах, стремящихся к нулю, шансы на туннелирование не исчезают. Я также заметил, что вычисления значительно упрощаются, если позволить начальному радиусу вселенной обратиться в нуль. Это была по-настоящему безумная идея: я получил математическое описание вселенной, туннелирующей из нулевого размера — из ничего! — в состояние с конечным радиусом и начинающей инфляционно расширяться. Похоже, никакого исходного состояния вселенной вовсе не требовалось!

Туннелирование из ничего

Идея вселенной, материализующейся из ничего, повергает в недоумение. Что в точности означает "ничто"? Если это "ничто" способно туннелировать в нечто, что может вызвать первичный акт туннелирования? И что происходит с законом сохранения энергии? Но чем дольше я думал над этим, тем более важной казалась мне эта идея.

Начальное состояние, предшествующее туннелированию, — это вселенная с нулевым радиусом, то есть попросту отсутствие вселенной. В этом очень странном состоянии нет материи, нет пространства. Нет также и времени. Время имеет смысл, только если во вселенной что-то происходит. Мы измеряем время, используя периодические процессы, такие как вращение Земли вокруг своей оси или вокруг Солнца. Невозможно определить время в отсутствие пространства и материи.
И вместе с тем состояние "ничто" нельзя определить как абсолютное небытие. Туннелирование описывается законами квантовой механики, а значит, "ничто" должно подчиняться этим законам. Законы физики должны существовать, несмотря на отсутствие вселенной.

В результате акта туннелирования из ниоткуда рождается вселенная конечных размеров и немедленно начинает инфляционно расширяться. Радиус новорожденной вселенной определяется плотностью энергии вакуума: чем выше плотность, тем меньше радиус. Для вакуума Великого объединения это одна стотриллионная сантиметра. Вследствие инфляции эта крошечная вселенная растете ошеломительной скоростью и за малую долю секунды намного превосходит размер наблюдаемой сегодня области.

Если до возникновения вселенной ничего не было, тогда что же вызвало туннелирование? Как это ни удивительно, ответ состоит в том, что никакой причины для этого не требовалось. В классической физике причинность диктует, что случится в каждый следующий момент времени, однако в квантовой механике поведение физического объекта по сути непредсказуемо, и некоторые квантовые процессы совершенно беспричинны. Возьмем, к примеру, радиоактивный атом. У него есть некоторая вероятность распада, остающаяся неизменной от минуты к минуте. В конце концов он распадется, но нет никакой причины, которая заставила бы его распасться в какой-то определенный момент. Зарождение вселенной также является квантовым процессом и не требует причины.

Большинство наших представлений неразрывно связаны с пространством и временем, и непросто создать мысленную картину вселенной, возникающей из ничего. Невозможно представить себя сидящим посреди "ничего" и ожидающим материализации вселенной, поскольку нет ни пространства, чтобы в нем сидеть, ни времени.

В некоторых недавно предложенных моделях, основанных на теории струн, наше пространство представляет собой трехмерную мембрану (брану), плавающую в многомерном пространстве. В таких моделях можно представить многомерного наблюдателя, следящего за маленькими пузырьками вселенных — "мирами на бране", — появляющимися то здесь, то там, как пузырьки пара в кипящем чайнике. Мы живем на одном из таких пузырьков, который является расширяющейся трехмерной сферической браной. Для нас эта брана — единственное существующее пространство. Мы не можем оторваться от нее и не замечаем дополнительных измерений. Если проследить историю нашей пузырьковой вселенной назад в прошлое, мы достигнем момента зарождения. За ним наше пространство и время исчезают.

От этой картины всего один маленький шаг до той, что я первоначально предложил. Просто уберите многомерное пространство. С нашей внутренней точки зрения ничего не изменится. Мы живем в замкнутом трехмерном пространстве, но это пространство не простирается повсюду. Если мы двинемся назад во времени, то обнаружим, что наша Вселенная имеет начало. И за ним нет пространства-времени.

Элегантное математическое описание квантового туннелирования можно получить, используя так называемое евклидово время. Это не то время, которое измеряется по часам. Оно выражается при помощи мнимых чисел, таких как квадратный корень из -1, и вводится лишь для удобства вычислений. Превращение времени в евклидово странным образом влияет на пространство-время: различие между временем и тремя пространственными измерениями полностью исчезает, так что вместо пространства-времени получается четырехмерное пространство. Если бы мы могли жить в евклидовом времени, то измеряли бы его линейкой в точности так, как мы измеряем длину. Это может показаться довольно странным, однако описание, сделанное в евклидовом времени, очень полезно: оно обеспечивает удобный способ определения вероятности туннелирования и начального состояния вселенной в момент, когда она обретает существование.

 Темная полусфера в нижней части  отвечает квантовому туннелированию (в этой части пространства-времени время  евклидово).

Графически рождение вселенной можно изобразить пространственно-временной диаграммой на рисунке 17.2. Темная полусфера в нижней части отвечает квантовому туннелированию (в этой части пространства-времени время евклидово).
Светлая верхняя часть — это пространство-время инфляционной вселенной. Граница между этими двумя областями пространства-времени — это вселенная в момент зарождения.

Замечательная особенность этого пространства-времени заключается в отсутствии сингулярностей. Фридмановское пространство-время имеет в начале сингулярную точку с бесконечной кривизной, где перестает работать математика эйнштейновских уравнений. Этой точке соответствует острый угол внизу левой схемы на рисунке 17.1. Напротив, в сферической евклидовой области нет таких точек; она повсюду имеет одинаковую конечную кривизну. Это было первое математически последовательное описание того, как могла родиться Вселенная.

 Пространственно-временная диаграмма на рисунке 17.2, напоминающая по форме бадминтонный волан, теперь стала логотипом Института космологии в Тафтсе.

Я описал все это в короткой статье, озаглавленной "Создание вселенных из ничего'". Перед отправкой ее в журнал я на один день заехал в Принстонский университет, чтобы обсудить эти идеи с Малкольмом Перри (Malcolm Perry), крупным специалистом в области квантовой теории гравитации. После часа, проведенного у доски, Малкольм сказал: "Да, пожалуй, это не столь безумно... И как я сам до этого не додумался?" Может ли физик сделать лучший комплимент коллеге!

Вселенная как квантовая флуктуация

Mоя модель вселенной, туннелирующей из ничего, не возникла на пустом месте — у меня были предшественники. Первое предположение такого рода восходит к Эдварду Трайону (Edward Tryon) из Хантеровского колледжа при Университете Нью-Йорка. Он выдвинул идею, что Вселенная возникла из вакуума благодаря квантовой флуктуации.

Эта мысль впервые пришла к нему в 1970 году во время физического семинара. Трайон сказал, что она поразила его подобно вспышке света — как будто перед ним раскрылась некая глубочайшая истина. Когда докладчик сделал паузу, чтобы собраться с мыслями, Трайон выпалил: "Может быть, Вселенная — это вакуумная флуктуация!" Аудитория разразилась хохотом.

Как уже говорилось раньше, вакуум вовсе не мертвый и статичный; это арена бешеной деятельности. В субатомных масштабах электрическое, магнитное и другие поля постоянно флуктуируют из-за непредсказуемых квантовых толчков. Геометрия пространства-времени также флуктуирует, неистово взбивая пространственно-временную пену на планковском масштабе расстояний. Вдобавок пространство полно так называемых виртуальных частиц, которые спонтанно появляются то здесь, то там и немедленно исчезают. Виртуальные частицы существуют очень недолго, поскольку живут за счет заемной энергии. Энергетические кредиты приходится отдавать, и, согласно принципу неопределенности Гейзенберга, чем больше энергии заимствуется у вакуума, тем быстрее ее надо вернуть. Виртуальные электроны и позитроны обычно появляются и исчезают примерно за одну триллионную долю наносекунды. Более тяжелые частицы живут и того меньше, поскольку для их материализации требуется больше энергии. И вот Трайон предполагает, что вся наша Вселенная с ее колоссальным количеством материи является лишь огромной квантовой флуктуацией, которая почему-то не может исчезнуть вот уже более десяти миллиардов лет. Все подумали, что это просто очень смешная шутка.

Трайон, однако, не шутил. Он был настолько подавлен реакцией коллег, что забыл о своей идее и выбросил из памяти весь этот инцидент. Но мысль продолжала вариться в глубине его сознания и вновь появилась на поверхности три года спустя. В тот раз Трайон решил ее опубликовать. Его статья вышла в 1973 году в британском научном журнале Nature под заголовком "Является ли Вселенная вакуумной флуктуацией?"

Предположение Трайона основывалось на хорошо известном математическом факте: энергия замкнутой вселенной всегда равна нулю. Энергия материи положительна, гравитационная энергия — отрицательна, и оказывается, что в замкнутой вселенной их вклады в точности сокращаются. Так что, если замкнутая вселенная возникнет как квантовая флуктуация, вакууму ничего не понадобится отдавать, а время жизни флуктуации может быть сколь угодно большим.

Создание  замкнутой вселенной из вакуума проиллюстрировано на рисунке 17.3. Область плоского пространства начинает вспучиваться,  пока не приобретает форму шара. В тот же самый момент в этой области рождается  колоссальное количество частиц.

Создание замкнутой вселенной из вакуума проиллюстрировано на рисунке 17.3. Область плоского пространства начинает вспучиваться, пока не приобретает форму шара. В тот же самый момент в этой области рождается колоссальное количество частиц. Наконец шар отделяется, и — вуаля! — мы получили замкнутую вселенную, которая совершенно не связана с исходным пространством". Трайон предположил, что наша Вселенная могла возникнуть именно таким образом, и подчеркнул, что подобное творение не требует причины. "На вопрос, почему это случилось, — писал он, — я отвечу скромным предположением, что наша Вселенная — из числа тех вещей, что время от времени случаются".

Главная проблема с трайоновской идеей состоит в том, что она не объясняет, почему Вселенная такая большая. Крошечные замкнутые вселенные постоянно отделяются от любой крупной области пространства, но вся эта деятельность протекает в планковском масштабе размеров в форме пространственно-временной пены. Образование большой замкнутой вселенной в принципе возможно, но вероятность того, что это случится, гораздо ниже, чем вероятность для обезьяны случайно напечатать полный текст шекспировского "Гамлета".

В своей статье Трайон доказывал, что, даже если большинство вселенных чрезвычайно малы, наблюдатели могут появиться только в больших вселенных, а значит, мы не должны удивляться, что живем в одной из них. Но этого недостаточно, чтобы справиться с данным затруднением, поскольку наша Вселенная гораздо больше, чем нужно для развития жизни.

Более глубокая проблема трайоновского сценария состоит в том, что он в действительности не объясняет происхождение Вселенной. Квантовая флуктуация вакуума предполагает наличие вакуума в некоем исходно существующем пространстве. А мы теперь знаем, что понятия "вакуум" и "ничто" очень сильно различаются. Вакуум, или пустое пространство, обладает энергией и натяжением, он может сгибаться и искривляться, а значит, это, безусловно, нечто". Как писал Алан Гут, "в данном контексте предположение о том, что Вселенная была создана из пустого пространства, не более фундаментально, чем предположение, что она была выдута из куска резины. Это может оказаться правдой, но люди все равно будут спрашивать, откуда появился этот кусок резины.

В картине квантового туннелирования из ничего нет ни одной из этих проблем. Сразу после туннелирования Вселенная имеет крошечные размеры, но она заполнена ложным вакуумом и немедленно начинает инфляционно расширяться. За долю секунды она раздувается до гигантских размеров.
До туннелирования пространства и времени не существует, так что вопрос о том, что было раньше, не имеет смысла. Ничто — состояние без материи, без пространства и без времени — по-видимому, единственное, что удовлетворяет требованиям к начальной точке творения.

Через несколько лет после публикации моей статьи о туннели-ровании из ничего я узнал, что упустил в ней важную ссылку. Обычно такие вещи всплывают гораздо быстрее в электронных письмах от авторов, которых забыли упомянуть. Но этот автор не написал мне, и на то была уважительная причина: он умер более 1500 лет назад. Его звали Блаженным Августином, и он был епископом Гиппо, одного из крупнейших городов Северной Африки.

Августина чрезвычайно интересовал вопрос, что делал Бог до творения, — поиски ответа он красноречиво описал в своей "Исповеди". "Если Он ничем не был занят... и ни над чем не трудился, почему на всё время и впредь не остался Он в состоянии покоя, в каком всё время пребывал и раньше?" Августин полагал, что для ответа на этот вопрос он сначала должен понять, что такое время: "Что же такое время? Если никто меня об этом не спрашивает, я знаю, что такое время; если бы я захотел объяснить спрашивающему — нет, не знаю". Четкий анализ привел его к пониманию, что время может быть определено только через движение, а значит, не может существовать прежде Вселенной. Окончательный вывод Августина: "Мир был создан не во времени, но вместе со временем. Не было времени до мира". А потому бессмысленно спрашивать, что тогда делал Бог. "Если не было времени, то не было "тогда". Это очень близко к тому, что я обосновывал в своем сценарии туннелирования из ничего.
Об идеях Августина мне стало известно случайно, из беседы с моей коллегой по Тафтсу Кэтрин Маккарти (Kathryn McCarthy). Я прочел "Исповедь" и сослался на святого Августина в моей следующей статье.

Множество миров


Вселенная, возникающая в результате квантового туннелирования, не будет идеально сферической. Она может иметь множество различных форм и быть заполнена разными типами ложного вакуума. Как обычно, в квантовой теории нельзя сказать, какие из этих возможностей реализовались, а можно только подсчитать их вероятности. Может ли тогда оказаться, что существует множество других вселенных, которые стартовали иначе, чем наша?

Этот вопрос тесно связан с острейшей проблемой интерпретации квантовых вероятностей. В главе и были описаны две основные альтернативы. Согласно копенгагенской интерпретации, квантовая механика приписывает вероятности всем возможным исходам эксперимента, но лишь один из них на самом деле реализуется. Напротив, эвереттовская интерпретация утверждает, что все возможные исходы реализуются в несвязанных "параллельных" вселенных.

Если принимать копенгагенскую интерпретацию, то творение было однократным событием, в котором из ничего появилась единственная Вселенная. Это, однако, приводит к проблеме. С наибольшей вероятностью из ничего возникает крошечная вселенная планковских размеров, которая не станет туннелировать, а немедленно сколлапсирует и исчезнет. Туннелирование в большие размеры имеет низкую вероятность, а значит, требует большого числа попыток. По-видимому, это совместимо только с интерпретацией Эверетта.

 В эвереттовской картине мира существует ансамбль вселенных со всеми начальными состояниями. Большинство из них — "мерцающие" вселенные планковского размера, мгновенно возникающие и прекращающие существование. Но по мимо них есть и вселенные, которые туннелировали в большие размеры и стали инфляционно расширяться. Ключевое отличие от копенгагенской интерпретации состоит в том, что все эти вселенные не просто возможные, aреальные. Однако наблюдаться могут только большие вселенные, поскольку в "мерцающих" невозможно появление наблюдателей.

Все входящие в ансамбль вселенные совершенно независимы друг от друга. Каждая имеет собственное пространство и собственное время. Вычисления показывают, что наиболее вероятными — а значит, и самыми многочисленными — среди туннелирующих вселенных являются те, что имеют наименьший начальный радиус и наивысшую плотность энергии ложного вакуума. Есть все основания предполагать, что наша Вселенная зародилась как раз такой.

В моделях инфляции со скалярным полем наивысший уровень плотности энергии вакуума достигается на вершине энергетического холма, и потому в большинстве зарождающихся вселенных скалярное поле будет находиться в этой области. Это самая предпочтительная стартовая точка для инфляции. Помните, я обещал объяснить, как поле попадает на вершину холма? В сценарии туннелирования из ничего это как раз то состояние, в котором Вселенная обретает существование.

Зарождение Вселенной по сути есть квантовая флуктуация, и ее вероятность быстро убывает с ростом охваченного ею объема. Вселенные, имеющие при возникновении больший начальный радиус, менее вероятны, а в пределе бесконечного радиуса вероятность стремится к нулю. Бесконечная открытая вселенная имеет строго нулевую вероятность зарождения, а значит, в ансамбле должны быть только замкнутые вселенные.

Фактор Хокинга


В июле 1983 года несколько сотен физиков со всего мира собрались в итальянском городе Падуе на ю-ю конференцию по общей теории относительности и гравитации. Конференция проходила в Палаццо делла Раджоне — старинном здании суда XIII века в самом сердце Падуи.
Первый его этаж занят знаменитым базаром, который продолжается снаружи на прилегающей площади. На верхнем этаже располагается вместительный зал, украшенный по периметру фресками со знаками Зодиака. В нем-то и проходили выступления. Гвоздем программы был доклад Сти-'вена Хокинга, озаглавленный "Квантовое состояние Вселенной". Чтобы попасть в лекционный зал, нужно подняться по длинной лестнице, так что доставить туда Хокинга в его инвалидном кресле было непростой задачей. Мне повезло, что я пришел заранее, поскольку к началу доклада зал был полностью забит.

В своем выступлении Хокинг предложил совершенно новый взгляд на квантовое происхождение Вселенной, основанное на работе, выполненной им совместно с Джеймсом Харт-лом Games Hartle) из Университета Калифорнии в Санта-Барбаре. Вместо того чтобы сконцентрироваться на первых моментах творения, он задался более общим вопросом: как вычислить квантовую вероятность пребывания Вселенной в некотором конкретном состоянии? К данному состоянию Вселенная может прийти посредством огромного множества возможных историй, и квантовая механика позволяет определить, каков вклад каждой из них в его вероятность (Точнее, путем суммирования вкладов различных историй определяется величина, называемая волновой функцией. Вероятность данного состояния равна квадрату волновой функции.). Итоговое значение вероятности зависит оттого, какие классы историй включены в расчет. Хартл и Хокинг предложили включать только истории, в которых пространство-время не имеет границ в прошлом.

Пространство без границ нетрудно себе представить: это просто означает замкнутую вселенную. Но Хартл и Хокинг потребовали, чтобы пространство-время не имело также границы или края во времени со стороны прошлого. Оно должно быть замкнуто во всех четырех измерениях, за исключением границы, соответствующей настоящему моменту (рис. 17.4).

Но Хартл и Хокинг потребовали, чтобы пространство-время не имело также границы  или края во времени со стороны прошлого. Оно должно быть замкнуто во всех  четырех измерениях, за исключением границы, соответствующей настоящему моменту  (рис. 17.4)

Граница в пространстве означает, что существует нечто за пределами вселенной, так что вещи могут уходить за границу и появляться из-за нее. Граница во времени соответствует началу вселенной, где должны быть заданы начальные условия. Согласно предложению Хартла и Хокинга, Вселенная не имеет таких границ; она "полностью самодостаточна и не испытывает никаких воздействий извне". Это кажется очень простой и привлекательной идеей. Единственная проблема состоит в том, что пространств-времен, замкнутых со стороны прошлого — таких, как на рисунке 17.4, — не существует. У пространства-времени должно быть три пространственно-подобных и одно времени-подобное измерение в каждой точке, а в замкнутом пространстве-времени обязательно есть аномальные точки с более чем одним времени-подобным направлением (рис. 17.5).

Чтобы справиться с этим затруднением, Хартл и Хокинг предложили перейти от реального времени к евклидовому. Как говорилось в прошлой главе, евклидово время не отличается от других пространственных измерений, так что пространство-время просто становится четырехмерным пространством, и его без проблем можно сделать замкнутым. Таким образом, предложение состояло в том, чтобы вычислять вероятности суммированием вклада всех евклидовых пространств-времен без границ. Хокинг подчеркивал, что это было лишь предложение. У него не было доказательства его корректности, и единственным способом получить его была проверка: удастся или нет сделать на данном пути разумные предсказания.
Предложение Хартла-Хокинга обладает определенной математической красотой, но я думаю, что после перехода к евк-лидовому времени оно в значительной мере теряет свою интуитивную привлекательность. Вместо суммирования по всем возможным историям Вселенной нам предлагается суммировать по историям, которые заведомо невозможны, поскольку мы не живем в евклидовом времени. Так что после того, как убираются строительные леса первоначальной мотивации, мы остаемся с довольно формальным рецептом вычисления вероятностей.

У  пространства-времени должно быть три пространственно-подобных и одно  времени-подобное измерение в каждой точке, а в замкнутом пространстве-времени  обязательно есть аномальные точки с более чем одним времени-подобным  направлением (рис. 17.5).

В конце своего доклада Хокинг коснулся тех следствий, которые вытекали из нового предложения для инфляционной вселенной. Он показал, что основной вклад в сумму по историям дается евклидовым пространством-временем, имеющим форму полусферы, — точно так же, как и в моих расчетах туннелирования, — и что последующая эволюция описывается инфляционным расширением в обычном времени. (Переключение от евклидова формализма обратно к обычному времени — довольно хитрая процедура, которую я не стану пытаться здесь описать.) Результатом была такая же история пространства-времени, как и на моем рисунке 17.3, но полученная из совершенно других посылок.
Я ожидал, что Хокинг упомянет мою работу по квантовому туннелированию из ничего, и был разочарован, когда он этого не сделал. Но я был уверен, что теперь, когда на площадку вышел Хокинг, вся тема квантовой космологии, в том числе и моя работа, получит значительно больше внимания, чем прежде.

Много шума из ничего

Важное различие между "туннелированием из ничего" и предложением об "отсутствии границ" состоит в том, что они дают сильно различающиеся, в некотором смысле противоположные, предсказания для вероятностей. Предположение о туннелировании благоприятствует зарождению вселенной наименьшего размера и с наивысшей энергией вакуума. Из требования отсутствия границ, наоборот, вытекает, что наиболее вероятной стартовой точкой является вселенная с наименьшей  энергией вакуума и наибольшим возможным размером. Самым вероятным будет появление из ничего бесконечного пустого плоского пространства. Мне кажется, в это очень трудно поверить!

Конфликт между этими двумя подходами стал очевиден L только после одного первоначального недоразумения. В моей статье 1982 года делался вывод, что крупные вселенные имеют более высокую вероятность зарождения, так что казалось, буд-I то два предложения согласуются друг с другом. Я продолжал возвращаться к тем своим выкладкам, поскольку этот вывод I резко противоречил интуиции. В 1984 году я обнаружил ошибку, которая изменила расклад вероятностей на противоположный. Когда Хокинг посетил Гарвард, я поспешил переговорить с ним и поделиться своим новым пониманием. Однако переубедить Стивена не удалось, и он по-прежнему считал, что правильным является мой первоначальный результат (Ошибку в моей первоначальной статье независимо заметили и исправили Андрей Линде, Валерий Рубаков, а также Яков Зельдович с Алексеем Старобинским).

Хокинг стал настоящей легендой в кругу физиков, да и за его пределами. Я восхищаюсь как его научными результатами, так и его силой духа и очень дорожу возможностями побеседовать с ним. Поскольку общение требует от него столь больших усилий, люди часто стесняются к нему обращаться. Мне потребовалось время, чтобы понять: Стивен действительно получает удовольствие от диалога и даже не обижается, когда над ним подшучивают. У нас очень разные взгляды на вечную инфляцию и квантовую космологию, но это делает дискуссию только интереснее.

В 1988 году я вступил в схватку на хокинговской территории и сделал доклад перед его группой в Кембриджском университете, подчеркивая преимущества моего подхода. Когда выступление закончилось, Хокинг подкатился ко мне на своем кресле. Я ожидал критических замечаний, но вместо этого он пригласил меня поужинать вместе... После утки с картошкой и пирога со сливами, приготовленных его матерью, мы заговорили об использовании "кротовых нор" — туннелей в пространстве-времени — для межгалактических путешествий. Таково представление физиков о светской беседе после ужина. Что же касается предложения об отсутствии границ, Стивен не изменил своего мнения.

 Квантовая космология дает предсказания о начальном состоянии  Вселенной, но в ходе вечной инфляции любые проявления начальных условий  полностью стираются.

Спор между сторонниками этих двух подходов продолжается до сих пор. Состоялись даже "официальные" дебаты на конференции COSMO-98 в Монтеррее, Калифорния, где Хокинг защищал предложение об отсутствии границ, а я — о туннелировании (На следующий день у Хокинга было другое важное дело: он поехал в Голливуд, чтобы записать свой электронный голос для специального эпизода сериала "Симпсоны"). Правда, большой полемики в действительности не получилось. Хокингу требовалось много времени, чтобы составить фразу при помощи своего синтезатора речи, так что мы не смогли далеко уйти от заранее заготовленных тезисов.

Разрешить этот спор удалось бы, если изобрести наблюдательный тест, позволяющий выбрать между двумя предположениями. Это, однако, весьма маловероятно по причине вечной инфляции. Квантовая космология дает предсказания о начальном состоянии Вселенной, но в ходе вечной инфляции любые проявления начальных условий полностью стираются.

Возьмем, к примеру, ландшафт теории струн, который мы обсуждали выше. Можно начать с одного инфляционного вакуума или с другого, но неизбежно станут образовываться пузыри иных вакуумов, так что задействованным окажется весь ландшафт. Свойства результирующего мультиверса не будут зависеть от того, как началась инфляция.

Таким образом, квантовая космология пока не собирается становиться наблюдательной наукой. Дискуссия о двух подходах, возможно, разрешится теоретическими выкладками, а не наблюдательными данными. Например, если окажется, что квантовое состояние Вселенной определяется неким новым, еще не открытым принципом теории струн. И оно может, конечно, оказаться отличным от обоих нынешних предложений. Но определенность с этим вопросом вряд ли будет достигнута в скором времени.

Отрывок из книги А. Виленкина "Many Worlds in One: The Search for Other Universes"

23 Мая 2011, 2:17    Den    46396    27

Комментарии (27):

Acher  •  2 June, 20:45

"Законы физики должны существовать, несмотря на отсутствие вселенной."

Интересная фраза. А что должно определять эти законы, если не материя?

den  •  2 June, 22:10

К Acher от 2 June, 20:45

Уж что,  а материя их определять не должна, она наоборот им подчиняется. А насчет этой фразы, то всё зависит от того что называть вселенной.

Timi  •  5 June, 1:10

К den от 2 June, 22:10

Именно такой подход и есть то, что я называю от "математики к реалиям".

Что не верно просто по определению.

[Acher  •  2 June, 20:45] же правильно заметил (перефразирую)

Нет вселенной (нет материи), нет законов!

И это надо понимать буквально!!!

victorpetrov  •  12 September, 23:21

Рождение материи из ничего - основной вопрос физики. Не дав ответа на него, невозможно построение стройной теории. По нашему мнению, акт рождения определяет все физические законы вновь рожденной Вселенной. Вот здесь изложено то, что из этого получается.

den  •  13 September, 0:14

К victorpetrov от 12 September, 23:21

Вы запутались в пропулярных терманах. Когда говорят о рождении Вселенной из ничего, или рождении материи из ничего никогда не понимают это буквально. Так вещество нашей Вселенной образовалось в постинфляционный период, вследствие колебаний и потери энергии инфлантоном - скалярным полем вызвавшим инфляцию.

nefizik  •  24 September, 12:40
den, вы так уверенно говорите про это скалярное поле, что просто напоминаете средневековых мудрецов, поучающих о трёх китах. ведь вы отлично понимаете, что это просто одна из теорий. да и существуй это поле, опять непонятно, откуда ОНО взялось, и так без конца
den  •  24 September, 13:36

К nefizik от 24 September, 12:40

В любой модели, есть некоторые предположения, в классической теории инфляции предполагается существование скалярного поля. Исходя из этого предположения можно объяснить весь спектр космологических наблюдений, в особенности то что касается анизотропии реликтового излучения. Это минимальное предположение для этого.

nefizik  •  24 September, 23:28
Den, я вас понял, у меня возник вопрос по тексту статьи: "Радиус новорожденной вселенной определяется плотностью энергии вакуума: чем выше плотность, тем меньше радиус. Для вакуума Великого объединения это одна стотриллионная сантиметра" мне непонятно, как в момент зарождения вселенной из ничего мы определяем её размер в единицах, имеющих смысл в наблюдаемом нами сформированном мире?
den  •  25 September, 2:52

К nefizik от 24 September, 23:28

У этой проблемы на мой взгляд два аспекта. Первый философский, тат на который указали Вы, на него я отвечать не буду. в второй это то что при таких кривизнах и размерах все линейки флуктуируют, и мы не можем измерить размеры с такой точностью. На сколько я понимаю  А. Виленкин просто хотел указать известный факт, чем больше плотность энергии тем больше кривизна  пространства, или говоря проще, тем больше его отклонение от плоского.

nefizik  •  22 October, 14:22
Странно вы, Den, говорите, "мы не можем, потому что линейки флуктуируют" а не флуктуировали, так могли бы? наши линейки и сами мы "работают" на данном этапе эволюции вселенной. ведь пространство и время разворачивалось с точки большого взрыва, а до этого не было ни того, ни другого, согласно современных представлений.
Timi  •  22 October, 21:27

К nefizik от 22 October, 14:22

Если у Вас есть своя версия того, про что и ..., то изложите её.

И совсем не важно как к ней отнесутся все те кто прочитает, но важно то, что вы получите (если получите) оценку своих идей_мыслей.

А попытки перебрасывания неких аргументов к Den-у...-это ...

Нам всем известен тот факт, что познание бесконечно.

А это означает:

Когда появляется реальный ответ на какой-то вопрос, то сразу возникает новая лавина новых вопросов.

Если же есть желание найти вопрос на который Den ответа дать не сможет, то это не диалог а экзаменовка.

В этом тоже есть смысл, но при условии наличия знаний у экзаменатора уровнем более чем у экзаменуемого хотя бы в области обсуждаемой темы.

Скажите!, Вам не нравится недосказанность неких моментов в инфляционном этапе развития Нашей Вселенной?

Предложите Свой вариант этого этапа (или полностью вариант рождения и развития Вселенной). И если он будет понятен и интересен и в нём не будет ссылок на Высшие силы... обсудим с удовольствием.

 

den  •  23 October, 2:24

К nefizik от 22 October, 14:22

>ведь пространство и время разворачивалось с точки большого взрыва, а до этого не было ни того, ни другого, согласно современных представлений.

В этой статье идет речь о теории хаотической инфляции. В этой теории пространство существовало и до нашего, локального Большого Взрыва, а вселенные образуются из квантовых флуктуаций поля, как в прошлом так и в будущем и этот процесс бесконечен. Т.е. пространство в этой модели существует и до Большого Взрыва.

Nambu  •  23 October, 15:39

К den от 23 October, 2:24

Интересно, как нужно было читать что бы не заметить этого?

Timi  •  23 October, 15:46

К den от 23 October, 2:24

Цитата den:

"пространство в этой модели существует и до Большого Взрыва.

Т.е. пространство в этой модели существовало без материи в любом её виде?

Я правильно понимаю смысл выделенной мною цитаты?

den  •  23 October, 16:02

К Timi от 23 October, 15:46

Конечно нет. В этой модели есть материя и до Большого взрыва, это флуктуирующие квантовые поля. Как, например, в любой момент, когда для этого будут соответствующие условия, от нашей вселенной может отщепится новая вселенная, мы этого не заметим, в в этой новой вселенной будет ихний Большой Взрыв

Timi  •  23 October, 19:31

К den от 23 October, 16:02

Спасибо за ответ den.

Тогда можно говорить о том, что до нашего БВ была другая вселенная.

Наша Вселенная отщепилась от ТОЙ Другой Вселенной, точно так же как и от Нашей Вселенной может отщепится ... и так до бесконечности.

И я уже не говорю про то, что в Нашей Вселенной есть материя в привычном нам всем виде, а не только в виде флуктуирующих квантовых полей.

Или опять что-то не так?

 

Z-Art  •  14 Ноября 2011, 21:54

К Timi от 23 October, 19:31

В общем все, как раз так. Только это выходит за пределы данной теории.

Здесь попытка объяснить саму инфляционую модель, в которой точка сингулярности вселенной лишь неизбежно промежуточный этап её существования, объясняя вопросы о том, что вообще заставило точку сингулярности расширяться и зачем.

Но вот логику происходящего уже внутри макромира вселенной можно будет объяснить лишь поняв  логику того пространства в котором эти сингулярности происходят.

Лично мне представляется, что это самое первичное пространство даже не некая материя, а просто логическая среда самой квантовой вероятности.

 И кстати, из такого  пространства может возникать не только привычная нам материя, но и квантовый разум, способный наперед расчитывать множество вероятностей тунельного перехода и дальнейшего развития событий, что снимает необходимость вероятности миллиардов неудачных вселеных и может вполне ограничиться одной, либо несколькими наиболее удачными вариантами...

den  •  14 Ноября 2011, 22:26

К Z-Art от 14 Ноября 2011, 21:54

Правильно, к примеру может появится  мозг Больцмана.

Timi  •  15 Ноября 2011, 1:30

К Z-Art от 14 Ноября 2011, 21:54

Цитата Z-Art:

"Но вот логику происходящего уже внутри макромира вселенной можно будет объяснить лишь поняв  логику того пространства в котором эти сингулярности происходят."

Возможно логика, высокая человеческая логика в сингулярности есть, таже самая логика, порадившая однажды религию у наших прщуров, но...

Физическое наличие такой мат. абстракции как сингулярность я не приемлю, поскольку мыслю от реалий к математике, но не наоборот.

Ну да это и не важно. Тут каждый сам себе ... (можно стать на общепринятую точку  зрения, а можно и не становиться если не загоняться в высокие материи).

Хотелось бы неск. промоделировать процесс

описанный в [den  •  23 October 16:02 ] и [Timi  •  23 October, 19:31 ].

Я могу представить отщепление вселенных от какой-то "основы" двояко.

1-е. как деление одноклеточных организмов

2-е. как появление более мелкой матрёшки внутри более крупной.

Чисто только исходя из принципа бритвы Оккама (и не более чем), предпочтение надо отдать варианту №2, потому что для процесса отщепления новой вселенной от своей пра в этом варианте не требуется долполнительное промежуточное пространство.

Z-Art, а как Вы считаете?

 

Timi  •  15 Ноября 2011, 2:01

К den от 14 Ноября 2011, 22:26

Религия в любых её проявлениях с абсолютной определённостью возникла из-за необходимости снятия неких критических вопросов на которые нет, во всяком случае на данном историческом интервале развития человечества или некой её части, внятных ответов, что мешает нормальной деятельности этой группы людей или всего человечества в целом.

Религия эти ответы даёт! и разгружает мысль для "полезной" работы.

К подобным ответам стоит отнести и т.н. феномен как мозг Больцмана.

Timi  •  15 Ноября 2011, 4:08

К Nambu от 23 October, 15:39

Цитата:

<Интересно, как нужно было читать что бы не заметить этого?

nefizik  в своих вопросах к den пытался прояснить что-то для себя, пытался

так как он это умеет.

А вот я каких-то мыслей, мнений, пояснений, вопросов в этой цитате от Nambu не увидел!!!.

Председательствующую издёвку увидел.

Причины, по которой молодая симпатичная девушка позволяет себе из под тишка издёвку в адрес неизвестного ей молодого человека я называть не буду.

Отмечу только крайнюю непорядочность такого поступка и настоятельно рекомендую пересмотреть своё отношение к людям вообще.

Тогда, может быть, и в личной жизни Nambu положительные перемены произойдут.

Nambu  •  15 Ноября 2011, 8:37

К Timi от 15 Ноября 2011, 4:08

У вас ночные фантазии? Что такое ники и логины вы не слышали? Nambu–Goto action

Куда вам до суперструн...
Timi  •  15 Ноября 2011, 11:28

К Nambu от 15 Ноября 2011, 8:37

цитата:

>Куда вам до суперструн...

Зачем мне это? Глупо как-то...

Главное быть честным с самим собой.

Я Уважаю людей имеющих своё мнение.

Любое мнение достойно уважения если это мнение.

 

Z-Art  •  13 Декабря 2011, 5:21

К Timi от 15 Ноября 2011, 1:30

думаю, что сам процесс может происходить и в нереализованной фазе.

тоесть мультиверс может существовать в логическом поле, а наиболее удачная вероятность  уже воспроизведена в материю.

 тут нету понятия внутри или снаружи... свое пространство занимает лишь единственный вариант.

тут скорее рассинхронизация по времени, в которой любая другая вероятность пространства есть логическая абстракция в бесконечном инфополе вероятности, сам динамический коэффиц времени есть та самая точка перехода, через которую выбранный единственный вариант материализуется (хотя само понятие материи тоже весьма условно, но это отдельная и весма огромная тема)

как вероятность они вообще могут зародиться  все сразу, но с разным коэффициентом какого нибудь бесконечно малого микрофазового сдвига.

тут встает вопрос , 

1) как происходит  избирательность

и

2) насколько сознание (общее или частное) способно проникать в "первичный бульон" вероятности и влиять на точку перехода (но это уже получается транссерфинг реальности:))

Timi  •  13 Декабря 2011, 11:22

К Z-Art от 13 Декабря 2011, 5:21

>насколько сознание (общее или частное) способно проникать в "первичный бульон" вероятности и влиять на точку перехода...

C первой частью вопроса согласен. Что касается возможности влияния на точку перехода ... (влияем ли мы на вероятности перехода через бифуркацию)

Мобыть это старомодно, но бытие определяет сознание (причина-следствие), т.е. бытию без разници как мы его воспринимаем лишь бы не трогали, не вмешивались. Да и влиять можем только потому что сами есть часть бытия.

Timi  •  13 Декабря 2011, 16:59

И вновь к суперструнам или даже эм-теории.

Вполне могу понять ту гордость с которой Nambu говорила про то, что она освоила этот мат. метод.

Ну и что? Есть у СС и МТ положительный выхлоп?

Есть хотя бы прогноз  того, что предсказательная сущность СС и МТ как-то проявит себя?

Без этого, без предсказательной сущности это всё пустышка. То, что неким образом и можно назвать "транссерфинг реальности:)".

Этим можно заниматься по принципу "вне денег", "за интерес". Тратить же какие либо средства на задачу без перспектив её решения... есть преступление под названием АФЕРА.

Но это лично моё мнение, хотя надеюсь, что это станет понятно так же и для тех, кто финансирует подобную деятельность.

 

victorpetrov  •  5 Июля 2012, 17:44

К den от 13 September, 0:14

"вещество нашей Вселенной образовалось в постинфляционный период, вследствие колебаний и потери энергии инфлантоном - скалярным полем вызвавшим инфляцию."

А то, что было до инфляции, откуда взялось? Без рождения из НИЧЕГО, у Вас все равно ничего не получится. Так и придется приглашать Творца.

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите или зарегистрируйтесь пожалуйста.