Гонка за Нобелем - Брайан Китинг

Инфляция решала многие фундаментальные проблемы модели Большого взрыва. В частности, она позволяла ответить на два ключевых вопроса: почему Вселенная такая плоская и почему она такая однородная? Но у инфляционной модели имелся серьезный недостаток: у квантового поля, которое вызывало магическое расширение, — поля инфлатона — не было встроенного выключателя. Оно продолжало раздуваться, и ничто не могло затормозить этот процесс, чтобы Вселенная могла изящно перейти к той гораздо более медленной скорости расширения, которую мы наблюдаем сегодня. В оригинальной модели Алана Гута Вселенная должна была остаться очень скучным местом: бесконечно огромной, вечно расширяющейся, лишенной всякой материи, бесплодной, безликой и унылой. И даже нас там бы не было, чтобы пожаловаться на скуку.

Вскоре после столь «удивительного прозрения» Гута Пол Стейнхардт и его аспирант Андреас Альбрехт исправили этот недостаток, найдя способ замедлить раздувание поля инфлатона и стабилизировать его, по крайней мере при определенных особых условиях. Множество отдельных областей устойчивости, образующих своего рода бесконечное космическое лоскутное одеяло, способно расширяться достаточно для того, чтобы объяснить проблемы плоскостности и однородности.

К такой же модели независимо от них пришел Андрей Линде. К началу 1980-х годов Стейнхардт, Линде и еще один российский космолог, Александр Виленкин, также пришли к выводу, что эта новая инфляционная модель должна была создать Вселенную, которая вечно «воспроизводит сама себя», порождая крошечные пузырьки-вселенные, отделенные друг от друга огромными расстояниями{4}. Это множество вселенных называют Мультивселенной.

Хотя я уже сетовал на дилемму астронома — мы не можем ставить эксперименты над звездами, — у нас есть несколько обходных путей, по крайней мере прием аналогии. Одну аналогию можно позаимствовать у экспериментальных биологов. Если в чашку Петри, наполненную агаровым гелем (это деликатес для бактерий), поместить несколько отдельных бактерий и позволить им размножаться, вы получите своего рода микрокосмическую Мультивселенную. Чашка с агаровым гелем, подобно инфлатонному полю, обеспечивает топливо для расширения бактериальных островков-вселенных. Каждая колония бактерий растет изолированно, увеличиваясь в размерах в соответствии со своим уникальным масштабом времени. В конце концов они заполняют все пустое пространство фантастическими фрактальными структурами, как показано на рис. 52.

Хотя у бактерий нет математических знаний для изучения собственных характеристик, их колонии демонстрируют поразительную корреляцию поведения на больших расстояниях, которую биофизики описывают с помощью математики фазовых переходов — той же математики, что стоит за космологической инфляцией{5}. «Каждая колония представляет собой суперорганизм, многоклеточный организм со своей идентичностью», — писал ныне покойный Эшель Бен-Иаков, профессор физики в Университете Тель-Авива{6}. Каждая культура ведет себя так, будто она единственная в чашке Петри, по крайней мере какое-то время. Если бы микробы были способны говорить, то заявили бы: «Мы в чашке Петри — центр мироздания».

Эти культуры развиваются изолированно, в блаженном неведении относительно своей заурядности. Так происходит поколение за поколением, пока в какой-то момент они не сталкиваются с соседней колонией в чашке Петри. В этот момент бактерии осознают, что они не единственные и не уникальные и ни в коей мере не находятся в центре пространства, уходящего за горизонт. Это принцип Коперника в микромасштабе.

Космос Линде содержал настолько изолированные друг от друга регионы, что каждая карманная вселенная могла иметь свои уникальные физические свойства, таксономию частиц и даже свои физические законы, полностью отличающиеся и не связанные со свойствами других пузырьков. Многоликая Вселенная Линде представляла собой бурлящее варево из крошечных пузырьков-вселенных. Все они подчинялись фрактальному узору — самовоспроизводящемуся, вечному и бесконечно сложному. Одни космологи сочли Мультивселенную опьяняюще красивой; другие — угрожающей.

Мультивселенная и инфляция быстро стали синонимами. По словам Алана Гута, «трудно построить инфляционную модель, которая не вела бы к модели Мультивселенной… и свидетельства в пользу инфляции требуют отнестись к [идее] Мультивселенной серьезно». Инфляция позволяла новым вселенным возникать с такой легкостью из ничего, что Гут сравнил ее с «бесплатным обедом»{7}. Линде согласился, добавив: «В большинстве моделей, где есть инфляция, есть и Мультивселенная. Конечно, можно придумать модели инфляции, не допускающие появления Мультивселенной, но это сложно. Каждый эксперимент, который повышает доверие к инфляционной теории, все больше приближает нас к мысли, что Мультивселенная реальна»{8}.

Еще до BICEP2 многие космологи пытались найти наблюдаемые признаки Мультивселенной{9}. Но ничто из них не было так убедительно, как обнаруженные В-моды поляризации. Доказательство инфляции — а именно это и сделал эксперимент BICEP2 — фактически было равносильно доказательству Мультивселенной. И как раз это беспокоило некоторых скептиков, таких как Роджер Пенроуз и даже Пол Стейнхардт. Не все были готовы поднять бокал с шампанским за триумф инфляции.

В Мультивселенной было так много времени, пространства и энергии для рождения новых вселенных, что неизбежно должен был возникнуть хотя бы один пузырек с достаточно благоприятными условиями для того, чтобы в нем существовали космологи и размышляли о подобных материях. Не в первый раз в космологии прозвучал этот так называемый антропный аргумент: наблюдаемые свойства Вселенной должны быть совместимы с существованием сознательной жизни, наблюдающей за ней. По иронии судьбы впервые концепция Мультивселенной и антропный принцип были официально представлены в 1973 году в Кракове, родном городе Николая Коперника, на конференции в честь 500-летия со дня его рождения.

Именно на этой Краковской космологической конференции физик Брэндон Картер впервые сформулировал термин «антропный принцип», отклонив попытку Хойла, Голда и Бонди использовать коперниканский принцип заурядности в защиту модели стационарного состояния Вселенной{10}. Напомним, что в четвертом раунде Великих дебатов эти три теоретика стационарной Вселенной подкрепили свою любимую модель так называемым совершенным космологическим принципом, распространяющим принцип заурядности в пространстве, выдвинутый Коперником в ходе первых Великих дебатов, на время. В 1973 году модель стационарной Вселенной по-прежнему была жива, и многие космологи, включая Картера, искали способ разделаться с ней окончательно. Для этого потребовался отказ от принципа Коперника, поскольку, как заявил Картер, «то, что мы можем ожидать увидеть, должно быть ограничено условиями, необходимыми для нашего присутствия в качестве наблюдателей. (Хотя наше положение не обязательно центральное, оно неизбежно привилегированное в какой-то степени.)». Другими словами, в то время как во Вселенной нет привилегированных мест и эпох, каким-то образом случилось так, что мы живем в благоприятный момент в благоприятном месте, благодаря чему имеем возможность размышлять о нашей центральности или отсутствии таковой. Такой вот «подарок» подготовил Картер ко дню рождения великого астронома, первым из ученых заявившего, что мы — не центр мироздания!