Алан Гут, герой дня, выглядел странновато для ученого, которому все прочили Нобелевскую премию по физике в самом скором времени. Ему было за пятьдесят, но он продолжал светиться какой-то мультяшной молодостью, со своей копной каштановых волос и огромным желтым рюкзаком. Он был известен тем, что спал на каждом докладе, просыпаясь как раз вовремя, чтобы задать нетривиальный вопрос по существу обсуждавшейся проблемы – этот феномен я уже не раз наблюдала сама. Я спросила его, есть ли у него время поговорить со мной, и он милостиво согласился.

– Теория инфляции говорит нам, что происходило в первые доли секунды после того, как Вселенная родилась, – сказала я. – Но что мы знаем о самом ее рождении? – Никакой ясной теории, как возникла Вселенная, у нас нет, – сказал Гут. – Но существуют разного рода спекуляции, которые, я думаю, достаточно туманны, чтобы быть истиной. В действительности мы даже плохо себе представляем, о чем мы говорим, то есть является ли рождение Вселенной квантовым событием. Понимание такого события, как он объяснил, требует квантовой теории гравитации. – Главное, для чего она нужна, – это получить полное квантовое описание геометрии пространства-времени. Затем мы хотели бы понять, что значит «ничего нет», и описать ничто как квантовое состояние. Состояние, которое описывает отсутствие пространства, отсутствие времени, отсутствие материи и энергии, отсутствие чего бы то ни было. Но оно все-таки будет возможным состоянием бытия. Это ключевой момент. Я предполагаю – без особых на то оснований, но все же предполагаю, что законы физики существовали и до рождения Вселенной. Если мы не предположим это, то мы не сможем продвинуться дальше в теории. – Такое предположение означает, что рождение может быть познаваемо? – Вот именно. Рождение Вселенной может быть познаваемо в рамках законов физики. Сейчас я не представляю, как понять, откуда взялись сами законы, но мы побеспокоимся об этом позже. А сейчас мы надеемся, что в системе, описываемой окончательными законами физики, будут существовать квантовые состояния, соответствующие полному отсутствию чего бы то ни было. Мы знаем, что квантовые системы могут спонтанно переходить из одного квантового состояния в другое, атомы то и дело совершают такие переходы в процессе распада. Квантовая система, находящаяся в одном состоянии, может сделать случайный переход в другое состояние, так что вы могли начать именно отсюда, от состояния полного отсутствия всего, и совершить переход к маленькой вселенной, затем механизм инфляции мог превратить эту маленькую вселенную в большую Вселенную. В общих чертах, я думаю, это правдоподобная картина образования Вселенной.

– И в этом смысле возможно получить что-то из ничего? – спросила я. – Со времени моей учебы в университете наше понимание этого вопроса сильно изменилось, – сказал Гут. – Тогда все верили, что во Вселенной существует множество сохраняемых величин, которые имели большие количественные значения, и что единственный способ создания Вселенной – начать с чего-то большого. Но все эти законы сохранения более или менее исчезли. Сегодня мы думаем, что Вселенная имеет нулевые значения для всех сохраняемых величин. В сохраняемых величинах выражаются неизменные свойства природы, иконизированные в непреложных законах – таких, как закон сохранения энергии, который говорит, что при любых обстоятельствах суммарная энергия всех задействованных во взаимодействии объектов до взаимодействия и после взаимодействия одна и та же. Энергия не может ни возникнуть из ничего, ни исчезнуть, она только перераспределяется. Законы сохранения обеспечивают плавную и непрерывную эволюцию Вселенной. Без них в вашей ванной могла вдруг появиться атомная бомба, или ваша собака могла вдруг исчезнуть. Физика была бы невозможна. Ее уравнения рассыпались бы прежде, чем вы достигали бы знака равенства. И теперь Гут говорит, что все сохраняемые величины равны нулю. Это было довольно шокирующим. Казалось бы, законы физики обязаны сохранить нечто – по крайней мере нечто, начало существованию которого было положено 13,7 млрд лет назад. Но если все сохраняемые величины равны нулю, это означает, что законы физики должны вместо нечто сохранять ничто. – И для энергии тоже? – спросила я. – С энергией сложнее всего, потому что если сложить все массы во Вселенной и использовать E = mc2, может показаться, что Вселенная обладает огромной энергией. Но необходимо учесть, что гравитация дает отрицательный вклад в полную энергию. Это нетрудно доказать. Грубый способ понять это состоит в том, чтобы применить закон Кулона к гравитации, как мы применяем его в электростатике. В электростатике, если вы возьмете два положительных заряда, они будут отталкиваться друг от друга, поэтому для того чтобы получить большой электростатический заряд, необходимо собрать много элементарных зарядов вместе и совершить много работы. Это значит – тратить энергию. В случае гравитации все ровно наоборот. Масса имеет только один вид заряда – положительный. Такие заряды всегда притягиваются друг к другу. Вы можете образовать большую массу, сложив много масс вместе. Но необходимо затратить энергию, чтобы растащить их. Поэтому вклад гравитации в полную энергию Вселенной компенсирует положительную энергию всех масс.

Алексей Старобинский , Андрей Линде и Алан Гут - премия Кавли по физике. Осло, сентябрь 2014 года. ______________________________________________________ – Еще одна важная сохраняющаяся величина – барионный заряд, – продолжал Гут, имея в виду полное число протонов и нейтронов, компонентов ядра любого атома. – Когда я учился в университете, все думали, что барионное число сохраняется и что в наблюдаемой Вселенной имеется очень большое число барионов, то есть большое число протонов и нейтронов, и, насколько мы можем судить, очень мало антипротонов или антинейтронов. Некоторые предполагали, что, может быть, существует большое количество антиматерии где-то там, где мы еще ее не обнаружили, но эта гипотеза не была особенно успешной. С развитием теории великого объединения в 1970-е годы физики поняли, что мы в действительности не знаем, сохраняется ли барионный заряд. Позже выяснилось, что даже в так называемой стандартной модели физики элементарных частиц, где, как все думали, барионный заряд точно сохраняется, это на самом деле оказалось не так из-за необычных квантовых эффектов. Сегодня число доказательств несохранения барионного заряда стало уже ошеломляющим. Итак, энергия сохраняется, но это не имеет значения, потому что гравитация уже скомпенсировала все остальное, а барионный заряд не сохраняется вовсе. Чтобы он сохранялся, общее число протонов и нейтронов во Вселенной сегодня должно быть таким же, каким оно было при ее рождении, и не было бы никакого способа объяснить, откуда взялись все эти протоны и нейтроны. – Означает ли это, что материя может спонтанно возникать из ничего? – Да, – кивнул Гут. – Когда теория инфляции только-только создавалась, я говорил, что Вселенная, возможно, представляет собой абсолютно бесплатный обед. С тех пор идея инфляции в нашем видимом мире превратилась в теорию мультивселенной, которая постоянно растет. Если эта картина верна, то совершенно ясно, что вы получили все даром, в обмен на ничто, и продолжаете получать еще больше. И все это основано на идее, что во Вселенной не существует ненулевых сохраняемых величин. – Гравитация компенсирует положительную энергию по всей мультивселенной? – Совершенно верно, – сказал он. – А что можно сказать о величинах, которые все-таки вроде бы сохраняются, как, скажем, момент импульса? – Мы считаем, что угловой момент сохраняется, но, насколько мы можем судить, общий момент импульса Вселенной равен нулю. Если сложить угловые моменты всех галактик, вращающихся в разных направлениях, то согласно астрономическим данным сумма, действительно, равна нулю. Электрический заряд – еще одна величина, которая, как мы считаем, абсолютно точно сохраняется, но Вселенная в целом – электрически нейтральна. – А если мы обнаружим, что существуют некоторые сохраняющиеся величины, принимающие ненулевое значение, будет ли это означать, что невозможно получить что-то из ничего? – Конечно, это все изменило бы. Вечное расширение сразу стало бы мыслимым. Если для создания нашей Вселенной действительно требуется ненулевое значение какой-либо сохраняемой величины, то было бы невозможно создавать все больше и больше вселенных без нарушения закона сохранения. – Но пока сохраняемые величины принимают нулевые значения, вы можете получить что-то из ничего. – Наверное, лучше будет сказать, что нечто и есть это самое ничто, – сказал Гут. – Все, что мы видим вокруг, в некотором смысле – ничто. Аманда Гефтер НА ЛУЖАЙКЕ ЭЙНШТЕЙНА #ничто #РождениеВселенной