значения которых во многих случаях кажутся идеально «настроенными» на существование жизни, основанной на атомах, могут меняться, очень медленно, но все же меняться [37]. Возможно, рано или поздно они выйдут за пределы того узкого окна, что позволяет существовать стабильным атомам и звездам. Если существуют иные измерения пространства, то любые изменения в размерах этих неведомых нам измерений могут повлечь за собой перемены такого же масштаба в значениях тех «констант», которыми мы привыкли определять физическую природу в нашем трехмерном пространстве.
Мы уже начали понимать, сколь важные физические параметры, вроде баланса вещества и антивещества в космосе или количества основных природных сил, могут возникать из процесса нарушения симметрии, приводящего к весьма разным результатам в различных частях вселенной. Вселенная расширяется и стареет, и однажды это приведет к тому, что различные ее регионы, обладающие очень разными фундаментальными физическими характеристиками, столкнутся с драматическими результатами на границе.
Мы обнаружили свидетельства существования множества черных дыр, возникших в результате коллапса недолговечных массивных звезд, а также гигантских черных дыр в центрах галактик, где они растут, поглощая звезды и газ вокруг себя. Рано или поздно очень большая доля материи во вселенной может оказаться внутри черных дыр, однако не останется там навечно. Хокинг [22] показал, что черные дыры будут медленно «испаряться» — терять свою массу благодаря порождению квантовых частиц, возвращая в пространство релятивистские частицы и излучение в термальном спектре. Что происходит на последней, взрывной стадии этого процесса испарения — пока для нас загадка. На первый взгляд кажется, что в пространстве и времени останется единственная дыра, как после большого схлопывания. Если это так, значит, со временем вселенная окажется испещренной такими дырами в пространстве–времени — местами, где могут нарушаться законы природы. Из них может исходить все что угодно: фотоны, частицы, звезды, даже целые вселенные.
Все возможные внезапные и драматические концы — нас или вселенной вокруг нас — следует рассматривать, исходя из того, что признают возможным современные теории в области физики высоких и низких энергий. Состояние вакуума, в котором находится вселенная сейчас, признается низшим из возможных энергетических состояний — плодом последовательных нарушений симметрии, которые в прошлом опускали энергию вселенной все ниже и ниже. Но что, если нас ждут новые нарушения симметрии? Что, если нам угрожает следующее понижение с высокой вероятностью того, что вся вселенная внезапно изменится? Новый вакуум может иметь совсем иные характеристики, чем тот, что нам известен. Например, все частицы в нем могут быть лишены массы. Мы можем просто исчезнуть в мгновение ока[16]. Если расширение вселенной предоставило нам место на «мелком шельфе» потенциального ландшафта, — кто гарантирует, что внезапный толчок не столкнет нас с обрыва навстречу новому, более глубокому энергетическому минимуму? Высокоэнергетические события во вселенной вполне могут сыграть роль такого толчка.
Если столкновения звезд или черных дыр порождают космическое излучение достаточно высокой энергии, то это излучение способно спровоцировать переход целой области пространства в новый вакуум [23, 35]. Конечно, это изображение вакуумного ландшафта спекулятивно. Мы недостаточно знаем этот ландшафт в целом, чтобы с уверенностью говорить о том, находимся ли мы уже на нижнем уровне или существуют иные вакуумы, в которые случайно либо целенаправленно может провалиться состояние материи нашего мира. Когда воображаешь себе эту радикальную возможность необъявленной перемены в базовых характеристиках сил природы, возникает искушение изобразить ее в виде логического завершения идеи прерывистого равновесия, предложенной Нильсом Элдриджем и Стивеном Джеем Гулдом [15]. Они предположили, что ход биологической эволюции, идущей на земле путем естественного отбора, представляет собой не ровный поступательный процесс, а серию медленных изменений, перемежаемых внезапными скачками. Его можно представить себе, как движение предмета, влекомого некоей сторонней силой, вверх–вниз по крутым горкам. Паттерн изменений в этих условиях выглядит так: медленный подъем в гору, затем, по достижении вершины — быстрый прыжок на склон следующей горы и снова медленный равномерный подъем [1].
Тесная связь нашей формы биохимической жизни с весьма специфическими совпадениями значений и свойств различных сил природы означает, что любое изменение состояния вакуума, скорее всего, обернется для нас катастрофой. Мы окажемся в новом мире, где могут существовать иные формы жизни, но нет никаких оснований полагать, что они окажутся лишь малым эволюционным отклонением от наших биохимических форм.
Если вселенная двигается в этом направлении, то, возможно, в один из будущих эонов ее ждет потрясение. Что касается загадки, почему сила лямбда должна вступить в игру так скоро, то кажется маловероятным, чтобы эпоха, в которую «падение»
может произойти, была близка ко времени существования человечества во вселенной, — разве что она как?то связана с лямбдой или присутствие жизни способно как?то ускорить это великое падение. Одним словом, пессимисты, не отчаивайтесь: все может быть еще хуже, чем вы думаете.
В физике элементарных частиц мы привыкли к догме, что всякая нарушенная симметрия при наличии достаточно высокой энергии в конце концов восстанавливается. Однако мы не считаем, что асимметрии рано или поздно нарушаются при низком уровне энергий и температур. Возможно, это убеждение неверно. Если всякая симметрия нарушается при достаточно низких температурах, то вполне возможно, что в отдаленном будущем, когда вселенная существенно остынет, U(l) симметрия электромагнетизма нарушится, придав всем фотонам положительную массу. Результаты могут быть столь же драматичны. Столь же внезапным может быть конец, если мы натолкнемся на локальную сингулярность пространства– времени или будем застигнуты подступающей гравитационной ударной волной.
Но самое замечательное, что может произойти в вечно расширяющейся вселенной с бесконечным будущим, — это способность образовать квантовый тоннель обратно в «ничто». Сейчас многие квантовые космологи пытаются объяснить вселенную как в некотором смысле выскочившую из «ничего». В большинстве современных сценариев этого события вероятность появления чего?то из ничего гораздо больше, чем вероятность появления ничего из чего?нибудь. Однако при бесконечном времени ожидания любой процесс, вероятность которого конечна, рано или поздно произойдет.
3.5. Будущее вакуума
Вакуумная энергия вселенной, проявляющаяся в общей теории относительности Эйнштейна как космологическая константа, может «отменить» момент возникновения вселенной, оказывать влияние на начальные моменты ее жизни и управлять ее расширением в настоящее время. Но самый значительный ее эффект еще впереди: это — власть над будущим вселенной. Энергия вакуума, проявляющаяся как космологическая константа Эйнштейна, останется константой и тогда, когда все прочие вклады в плотность вещества во вселенной: звезды, планеты, излучение, черные дыры будут рассеяны благодаря расширению. Если (как следует из наших наблюдений) энергия космического вакуума сравнительно недавно дала начало ускоряющемуся процессу расширения вселенной и это расширение будет продолжаться вечно, значит, в будущем ее власть возрастет до непреодолимой силы. Вселенная будет расширяться все быстрее и быстрее — вечно. Все быстрее будет падать температура, а звезды будут истощать свои запасы ядерного топлива и взрываться, оставляя после себя лишь плотные мертвые тела из тесно упакованных холодных атомов или концентрированных нейтронов либо крупные черные дыры. Даже гигантские галактики и скопления галактик постигнет та же судьба: по мере того как движение составляющих их звезд будет постепенно замедляться благодаря утечке гравитационных волн и излучения, они начнут спирально закручиваться внутрь себя. Огромные черные дыры в их центре будут поглощать все звезды, всю материю вокруг себя и становиться все больше. Наконец все эти черные дыры испарятся благодаря процессу, открытому Хокингом.
Удивительнее всего в космической энергии вакуума то, что в конце концов она побеждает все иные формы материи и энергии в борьбе за определение формы пространства и скорости расширения вселенной. Неважно, какова была структура вселенной в былые дни, прежде чем пришла к власти энергия
