Глава 9
Вероятность существования вселенной, породившей жизнь, подобную нашей, крайне мала
Для Хокинга 1981-й стал водоразделом не только потому, что в тот год он поднял вопрос об информационном парадоксе. Тогда же он нашел новый подход к вопросу о том, с чего началась вселенная и как она закончится.
В сентябре на конференции в Ватикане папа Иоанн Павел II, обращаясь к Хокингу и другим ученым, высказал мысль, что, быть может, люди напрасно хлопочут проникнуть в момент Творения: это знание “исходит из Божьего откровения”. Учитывая состояние науки на тот момент – и в особенности идею Хокинга, что вселенная началась с сингулярности, – мало кто решился бы возразить папе. Большинство коллег Хокинга, вероятно, согласились бы с первой частью его высказывания, усомнившись при этом, соизволит ли Господь когда-нибудь выложить карты на стол. Сам Хокинг незадолго до конференции сказал писателю Джону Бослоу: “Вероятность существования вселенной, подобной нашей и возникшей в результате чего-то вроде Большого взрыва, крайне мала. Боюсь, каждый раз, когда мы принимаемся обсуждать происхождение вселенной, от религиозных моментов никуда не деться”.
Но папа или его консультанты по науке не приняли во внимание склонность Хокинга оспаривать самого себя. Название доклада, представленного Хокингом на Ватиканскую конференцию, – “Граничные условия вселенной” – отнюдь не предупреждало о том, что он допускает отсутствие “начала”, отсутствие “граничных условий” вселенной, а тем самым не оставляет места и для Творца. Если бы папа и его консультанты об этом знали, они могли бы (образования и научных знаний им для этого хватило бы) провести параллель между новой идеей Хокинга и иудео-христианской концепцией философа Филона Александрийского и христианского мыслителя Августина, по мнению которых Бог – “Аз Есмь” Ветхого Завета – существует вне времени, и для него нет хронологического начала и конца, как мы их понимаем. Такой взгляд на время стал основой концепции Хокинга об отсутствии граничных условий. Для философии и религии подобный взгляд не нов, однако для физики это было нечто неслыханное.
Работа, проделанная Хокингом в конце 1960-х, в докторской диссертации и после защиты, вроде бы доказывает происхождение вселенной из сингулярности, из точки чрезвычайной плотности и бесконечной пространственно-временной кривизны. Об эту сингулярность разбиваются все известные нам законы физики, и в таком случае папа прав: бесполезно даже пытаться проникнуть в момент Творения. Из сингулярности может возникнуть какая угодно вселенная. Невозможно предсказать появление именно такой вселенной, как наша. Именно в этом смысле Хокинг говорил о “религиозных моментах”, которые неизбежно примешиваются к обсуждению происхождения вселенной.
Антропный принцип
Почти никто на Земле теперь не думает, что Солнце и другие планеты вращаются вокруг нас. Наука успела также объяснить нам, что вселенная, скорее всего, выглядит одинаково с любого наблюдательного пункта. Иными словами, Земля и мы, ее жители, – отнюдь не центр мироздания.
Но чем глубже мы вникаем в законы мироздания на микроскопическом или макроскопическом уровне, тем сильнее складывается впечатление, будто нужен был какой-то тщательно продуманный план, невероятно сложное согласование всех элементов, чтобы вышла именно такая вселенная, в которой возможно существование людей. В начале 1980-х Хокинг признавался: “С учетом всех вариантов констант и законов, какие могли бы возникнуть, вероятность существования вселенной, породившей жизнь, подобную нашей, крайне мала”.
Известно множество примеров мистического “согласования”. Хокинг приводит пример: стоило самую малость изменить заряд электрона, и звезды либо перестали бы давать нам свет, либо не стали бы взрываться сверхновыми, выбрасывая в космическое пространство материал для новых звезд – таких, как наше Солнце – или для планет вроде нашей Земли. Если бы сила всемирного тяготения оказалась слабее, вещество не соединилось бы в звезды и галактики, но галактики и системы планет не сформировались бы и в том случае, если бы сила всемирного тяготения не была самой слабой из всех действующих во вселенной сил. Ни одна современная теория не может предсказать силу всемирного тяготения или заряд электрона. Эти произвольные элементы обнаруживаются только при наблюдении, и они как будто специально в точности подогнаны так, чтобы сделать возможным развитие жизни, которое мы видим на Земле.
Можно ли сделать вывод: Кто-то или Что-то имело нас в виду, создавая все это? Неужто вселенная “подстроена”, неужто это гигантский заговор, единственная цель которого – приуготовить условия для появления разумной жизни? Или так мы упускаем из виду другие, не менее логичные объяснения?
“Мы видим вселенную такой, как она есть, потому что мы существуем”. “Вещи таковы, каковы они есть, потому что мы существуем”. “Будь вселенная устроена иначе, нас бы тут не было, чтобы заметить это”. Все эти высказывания – вариации на тему “антропного принципа”.
Хокинг объяснял антропный принцип так: представьте себе множество разных вселенных, существующих отдельно друг от друга, или пусть это будут разные области одной и той же вселенной. В большинстве этих вселенных (или в большинстве регионов одной и той же вселенной) физические условия препятствуют возникновению разумной жизни. Но в очень немногих вселенных или регионах условия окажутся как раз подходящими для формирования галактик, звезд, солнечных систем, для того, чтобы появились разумные существа, которые будут исследовать вселенную и спрашивать, почему она устроена так, как мы видим. В соответствии с антропным принципом единственный ответ на этот вопрос: потому что, будь вселенная устроена иначе, нас бы тут не было и некому было бы спросить.
Объясняет ли антропный принцип хоть что-нибудь? По мнению некоторых ученых, не объясняет ничего, разве что утверждает, будто “сложное согласование” – на самом деле лишь случайное наше везение. Старая шутка насчет множества обезьян, веками печатающих на машинке: рано или поздно по закону вероятности какая-нибудь из них отпечатает первые строки “Гамлета”. Пусть вероятность возникновения такой вселенной, как наша, крайне мала, при достаточном количестве вселенных среди них должна была найтись и такая.
Исключает ли антропный принцип Бога? Нет, хотя и предлагает объяснение, как могла столь точно пригнанная к нашим нуждам вселенная появиться и без участия Бога.
Джон Уилер считал, что антропный принцип следует расширить. Вероятно, без наблюдателей, способных вывести законы физики, не существовало бы и самих законов физики. В таком случае не было бы и альтернативных вселенных, поскольку вселенная, не допускающая появления наблюдателей, не может существовать.
В таком случае, если мы исчезнем, с нами исчезнет и вселенная? Как только последний зритель покинет театр, рабочие сцены разберут декорации и погасят свет? И если с нами уйдет и память о вселенной, не будет это все равно как если бы она никогда не существовала? Или после того, как мы увидим краткий период ее существования, она обретет возможность существовать далее уже без нас?
Некоторые ученые проводят параллель между этой концепцией “зависимой от наблюдателя” вселенной и восточным мистицизмом, идеями, которые отмечаются в индуизме, буддизме и даосизме. От Хокинга они сочувствия не дождутся. “Вселенная восточного мистицизма – иллюзия, – говорит он. – Если физик отождествляет с ней свою работу, он тем самым предает физику”.
Тем не менее, хотя автором антропного принципа Хокинг не был, его имя часто звучит в связи с этой концепцией, как и имена некоторых его коллег, в первую очередь Брэндона Картера. Этот ученый, работавший с Хокингом в середине 1960-х, вместе с ним пытался в 1972 году опровергнуть идеи Бекенштейна о черных дырах и энтропии. Хокинг, как и большинство его коллег, искренне надеялся, что антропный принцип не превратится в единственное объяснение того, почему наша вселенная выглядит именно так, а не иначе. “Было ли это лишь удачным стечением обстоятельств? – вопрошал Хокинг. – Но ведь такой ответ – капитуляция, отказ от надежды когда-либо постичь лежащий в основе вселенной порядок”. Его слова оказались пророчеством.
А папа римский сказал, что этот порядок непостижим. Антропный принцип предлагал считать, что так выпали кости (одна редчайшая комбинация из бесчисленных возможностей – нам невероятно повезло). Кто-то обсуждал, может ли Господь менять свой замысел и подкручивать законы вселенной, как Ему заблагорассудится. Но Хокинг полагал, что всемогущему Богу не понадобится ничего менять. Он продолжал верить в законы, существующие с того момента, который мы именуем началом или творением, – эти законы сделали нашу вселенную такой, какова она есть, и эти законы мы вполне в состоянии постичь. Хокинг хотел разобраться в этих законах. А для этого требовалось разрубить гордиев узел – сингулярность.
Пройдет еще несколько лет, прежде чем Хокинг окончательно поймет, как совершить сей подвиг. А пока что, в октябре 1981 года, после визита в Ватикан, он пытается всмотреться в начало вселенной сквозь призму новой теории, “теории инфляции”.
Отголоски Большого взрыва
В 1960-х все играло на руку сторонникам теории Большого взрыва. В 1964–1965 годах был сделан особенно значимый шаг в изучении истории вселенной, шаг к выбору между двумя конкурировавшими теориями – Большого взрыва и стационарного состояния. То был один из сравнительно редких случаев в науке, когда ценные факты обнаруживаются там, где их никто не искал. История этого открытия превратилась в легенду. В лаборатории Белла в Нью-Джерси была установлена антенна для подсоединения к передающим спутникам “Эхо-1” и “Телестар”. Фоновый шум, улавливаемый антенной, мешал приему сигналов из космоса. Антенну подкрутили, наладили, работавшие с ней ученые постарались сосредоточиться на сигналах, перекрывавших шум. Да, эти звуки раздражали, но большинство сумело от них отрешиться. Однако Арно Пензиас и Роберт Уилсон обратили внимание именно на шум.
Пензиас и Уилсон заметили, что уровень шума остается постоянным, в каком бы направлении они ни разворачивали антенну. Значит, источником не была атмосфера Земли, иначе шум бы возрастал, когда антенна поворачивалась к горизонту, – так давление атмосферы возрастало по сравнению с тем, которое действовало на антенну, повернутую вертикально вверх. Шум исходил либо из-за границ атмосферы, либо от самой антенны. Пензиас и Уилсон подумали: а вдруг виной всему голуби, устроившие на антенне свое гнездо? Но и после того, как гнездо сняли и вычистили голубиный помет, шум не унимался.
Другой радиофизик, Бернард Берк, узнал о проблеме, с которой столкнулись Пензиас и Уилсон, но, в отличие от них, он был также знаком с работой Роберта Дикке из Принстона. Дикке настраивал антенну для поисков излучения, сохранившегося почти что с начального периода существования вселенной, с той поры, когда – если верить теории Большого взрыва – вселенная все еще была очень горячей. В 1940-х годах эмигрант из России Георгий Гамов и американцы Ральф Альфер и Роберт Герман высказали предположение, что реликтовое излучение все еще ощутимо, хотя к нашему времени его температура не превышает пяти градусов выше абсолютного нуля. Берк свел Пензиаса и Уилсона с Дикке, и вместе они пришли к выводу, что Пензиас и Уилсон случайно наткнулись на то самое излучение, которое пытался отыскать Дикке.
Открытие космического микроволнового фонового излучения (таков был его полный титул, сокращенно CMBR) оказалось мощным аргументом в пользу теории Большого взрыва, ибо, согласно этой теории, вселенная некогда была гораздо плотнее и горячее, нежели теперь. Хокинг и Джордж Эллис написали в 1968 году статью о том, как много это открытие значит для подтверждения теории Большого взрыва. Но вместе с тем появилась и проблема. При повторных замерах, проводившихся на максимальном удалении от Земли, температура излучения оказалась повсюду одинаковой. В CMBR отсутствовали незначительные колебания, которые могли бы привести к формированию наблюдаемых ныне структур.
Однако эта проблема казалась незначительной, тем более на фоне все новых подтверждений в пользу теории Большого взрыва. Выяснилось, например, что квазары, которые физики-теоретики считали начальной стадией формирования галактик, располагаются лишь на огромных расстояниях от Земли. Если бы теория стационарного состояния была верна – а она предполагает постоянное расхождение галактик, причем зазоры между ними заполняются новыми галактиками, – то квазары должны были бы равномерно распределяться и вдали от нас, и поблизости. Но это не так. Огромная удаленность квазаров от Земли (в пространстве, а значит, и во времени) означает, что они возникали только в ту пору, когда вселенная была намного моложе. Эта стадия формирования галактик относится лишь к давнему прошлому, а в более поздние эпохи в истории вселенной отсутствует – не отмечается и теперь.
Еще один гвоздь в гроб теории стационарного состояния был забит в 1973 году. С помощью воздушных шаров физики из Беркли убедились, что спектр космического микроволнового фонового излучения совпадает со спектром, предсказанным теорией Большого взрыва. Также данные исследования избытков элементов в Млечном Пути и в других галактиках совпали с данными, предсказанными теорией Большого взрыва.
И все же в 1970-х в теории Большого взрыва оставались неразрешенные противоречия. Хотя в это время Хокинг главным образом сосредоточился на изучении черных дыр, вопрос о происхождении вселенной неизменно его волновал, да и его коллеги в разных странах мира ломали голову над тем, как устранить проблемы, возникавшие в связи с теорией Большого взрыва. Эти проблемы получили названия “проблема горизонта”, “проблема плоскостности” и “проблема гладкости”.
Проблема горизонта заключается в том, что космическое микроволновое фоновое излучение оказалось одинаковым по всем направлениям и в областях вселенной, столь отдаленных друг от друга, что излучение никак не могло поспеть из одной области в другую даже в первые доли секунды после Большого взрыва, когда они еще только разлетались в разные стороны. Интенсивность излучения в этих областях до такой степени идентична, что напрашивается мысль: они каким-то образом обменивались энергией и пришли к равновесию. Но как?
Проблема плоскостности связана с вопросом, почему вселенная давно уже не пережила коллапс и не вернулась обратно в точечное состояние или же почему центробежное движение не оказалось слишком стремительным и не помешало гравитации стянуть вещество воедино для формирования звезд. Уму непостижимо, как наша вселенная ухитрилась найти золотую середину между двумя губительными крайностями. Для этого выделенная Большим взрывом энергия центробежного движения и сила всемирного тяготения должны были быть практически равны. Через 10–43 секунды после Большого взрыва (в числителе единица, в знаменателе 43 нуля после единицы) они должны были отличаться не более чем на единицу, деленную на 1060 – на единицу с шестьюдесятью нулями.
И в-третьих, проблема гладкости. Судя по идентичности CMBR во всех направлениях, вселенная в самом своем начале была гладкой, без комков, бугров, складок, каких-либо аномалий. И это стало главной головной болью для астрофизиков – “недостающим звеном” теории Большого взрыва: если в ту эпоху, от которой до нас дошло реликтовое излучение, вселенная была до такой степени однородной, как потом, миновав возраст в 300 тысяч лет, она вдруг сделалась столь разнообразной, “ухабистой”, породив и большие сгустки материи вроде звезд, галактик, кластеров, планет, и малые вроде нас с вами? Почему реликтовое излучение не сохранило и намека на ранние стадии такой дифференциации?
Если эта проблема кажется вам не такой уж важной, вспомните принцип демократии Уилера: чем ближе друг к другу находятся частицы, тем сильнее их взаимное притяжение. Если все частицы вещества во вселенной находятся на одинаковых расстояниях друг от друга и нет областей, в которых они скапливаются хоть чуть плотнее, то на каждую частицу действует одинаковое притяжение со всех сторон и ни одна из них не подвинется к другой. У исследователей выходило, что вначале вселенная представляла собой именно такого рода кристаллическую решетку: вещество распределялось в ней столь равномерно, что никогда бы не стронулось с места и не образовало бы ту вселенную, которую мы наблюдаем.
К середине 1970-х, когда Хокинг впервые приехал в Калифорнийский технологический, никому из физиков-теоретиков не удалось устранить ни один из этих камней преткновения.
Спасительная инфляция
В конце 1970-х молодой физик, специалист по частицам Алан Гут, сотрудник Стэнфордского линейного ускорителя, решился внести в историю вселенной, как ее представляли себе на тот момент космологи, существенные изменения. Он сразу же понял, что напал на золотую жилу, и записал в своем блокноте: “ОШЕЛОМЛЯЮЩЕЕ ОСОЗНАНИЕ” – и дважды обвел эти слова кружком. Открытие Гута блестяще разрешило проблемы теории Большого взрыва, а заодно наметило для вселенной возможность сделаться в итоге такой, какой мы ее видим, причем для этого не требовалось сверхточной подгонки начальных условий.
Гут предположил, что вселенная вначале пережила краткий период невероятно быстрого роста, а потом “замедлилась” и продолжала расширяться уже с той скоростью, какую мы регистрируем и сейчас. Именно мысль о “замедлении” принципиально отличает концепцию Гута от прежних. Гут нашел выход из уравнений Эйнштейна, по которым получалось, что расширение вселенной должно ускоряться во все время ее существования или же расширение начинается с замедления, но потом ускоряется и никогда уже не перестает ускоряться. Вселенная, по версии Гута, переживала только краткий период ускоренного расширения – в своем младенчестве.
Гут расчислил процесс, в котором вселенная всего через 10–30 или менее секунды после Большого взрыва (единица, деленная на 1 с тридцатью нулями) подверглась действию мощной силы отталкивания, и эта сила очень короткое время представляла собой космологическую константу – ту самую константу, о которой думал Эйнштейн, пока не отверг эту идею. В течение кратчайшей доли секунды эта сила ускоряла центробежное расширение, происходила стремительная “инфляция” размеров вселенной от размеров меньше протона в ядре атома до примерно мяча для гольфа.
За тридцать с лишним лет, с тех пор как Гут выдвинул свою гипотезу, физики продолжали работать с ней, создавать новые версии, пытаясь установить, как и почему мог произойти такой процесс. Чтобы хоть как-то это понять, придется для начала поработать с терминологией.
Начнем с нарушения симметрии. Простейший пример: упираем палку вертикально в землю и отпускаем. Она может упасть в любом направлении – действующее на нее притяжение Земли “симметрично”, оно не задает определенного направления падения. Все направления равновероятны. Тем не менее палка упадет определенным образом, а не во все стороны сразу. Когда палка падает, симметрия нарушается. В “Краткой истории времени” Хокинг приводил другой пример: колесо рулетки. Крупье раскручивает колесо, шарик вращается – ситуация “симметрична”. Постепенно колесо сбавляет ход, уменьшается скорость (высокая энергия) движения шарика. И наконец выпадает конкретное число. Симметрия нарушается.
Объясняя различие между “псевдовакуумом” и “истинным вакуумом” – оба эти понятия используются для объяснения инфляции, – физики проводят сравнение с мужской шляпой, у которой имеются поля и небольшое углубление сверху. Если положить в это углубление шарик, он закатится в самую низкую точку углубления. Это не будет нижняя точка шляпы – лишь самая низкая точка наверху шляпы. Так и элементарные частицы временно “закатываются” на различные энергетические уровни. Эти места для отдыха и есть “псевдовакуум”. Тряхните шляпу, подкиньте к первому шарику второй, который его толкнет, и шарики скатятся с вершины шляпы на поля. Поля в этой аналогии – “истинный вакуум”. Самый низкий энергетический уровень, возможный в данной системе.
Что-то в таком роде, вероятно, происходило, когда остывала вселенная. Часть вещества начала переходить в новое состояние, с более низким уровнем энергии, высвобождая при этом отрицательную гравитацию, центробежную силу, которая и вызвала стремительно ускоряющееся расширение – инфляцию. Но – возвращаясь к нашей шляпе – ведь не все шарики катятся разом. Как и куда они покатились, как быстро, как перевалили с вершины шляпы (или провалились вовнутрь) – эти вопросы уже десятки лет мучают космофизиков. Но в одном почти все согласны: инфляция имела место. Инфляция вошла в “стандартную модель”.
Еще одно нужное нам выражение – “фазовый переход”. Повседневный пример фазового перехода – замерзание воды (кстати, тут тоже происходит нарушение симметрии). Понизьте достаточно быстро температуру, и образуются ледяные кристаллы. Вместо одинаковой во все стороны воды – нечто уже не столь симметричное. Каждый кристалл занимает определенное положение – такое, а не другое, – и кристаллы выстраиваются в определенном направлении – таком, а не другом. Симметрия нарушается. Но если понижать температуру воды очень осторожно, то удастся проскочить точку замерзания без образования льда, без нарушения симметрии. Это называется “сверхохлаждение”. В природе это происходит, если зимой идет дождь – капли остаются жидкими, проходя через воздух, хотя воздух и холоднее точки замерзания, но стоит капле удариться о дерево или о мостовую, как она тут же замерзает.
Теория Алана Гута основывается на предположении, что сразу после Большого взрыва вселенная была очень горяча, все частицы двигались на большой скорости, с огромными запасами энергии. Четыре силы природы, которые мы перечислили в главе 2, – гравитация, электромагнетизм, сильные ядерные взаимодействия и слабые ядерные взаимодействия – в тот момент были все вместе, не дифференцировались и составляли одну сверхсилу. Вселенная слегка расширилась, слегка остыла. Немного уменьшилась энергия частиц, и, по мере того как вселенная остывала, силы высвободились и отделились друг от друга. Их первоначальная симметрия нарушилась. Одна за другой они “замерзали”. Это случилось не одномоментно, поскольку происходило сверхохлаждение. Это было похоже на фазовый переход, и какие-то части вселенной прошли его в виде “пузырей”, то есть в них тоже температура упала ниже какого-то “нуля” (аналогичного точке замерзания воды), но симметрия сил не была нарушена. В результате вселенная вошла в нестабильное состояние сверхохлаждения с бо́льшим запасом энергии, чем остался бы у нее, если бы уже была нарушена симметрия сил.
Пузыри, шарики, шляпы, замерзающая вода… проще говоря, поясняет Хокинг, суть теории инфляции сводится к тому, что в этот краткий промежуток времени все области вселенной – и те, где частиц оказалось больше среднего, и те, где их было меньше, – расширялись с невероятной скоростью, превышавшей скорость света. Даже там, где частиц скопилось больше среднего и, казалось бы, сила всемирного тяготения должна была бы притянуть их друг к другу, она не успевала этого сделать. Частицы вселенной удалялись друг от друга, и состояние вселенной изменилось: вселенная все еще расширялась, но ее частицы оказались далеко друг от друга. Расширение сглаживало нерегулярности, то есть современный вид вселенной, единой и схожей по всем направлениям с любой наблюдательной точки, мог развиться из самых разных начальных состояний. Скорость расширения оставалась близка к критической, и таким образом решается “проблема плоскостности” – и для этого не требуется единственная точно подобранная начальная скорость.
Но каким же образом расширение вновь замедлилось? Подобно каплям дождя, которые пытаются остаться жидкими, но вынуждены в итоге замерзнуть, вселенная тоже должна была завершить временно приостановленный фазовый переход. Гут предполагал, что при суперохлаждении в среде ненарушенной симметрии формируются пузыри нарушенной симметрии, и эти пузыри растут, соединяются друг с другом, и так постепенно вся система переходит в новое состояние нарушенной симметрии, и дальше вселенная расширяется примерно так, как мы это наблюдаем теперь.
В этой теории имелся один существенный изъян. Пузыри расширялись бы так быстро, что сталкивались бы друг с другом, и в результате возникали бы нерегулярности, плотность повсюду оказалась бы разной, скорость расширения в одной части вселенной заметно отличалась бы от скорости в другой. Из такого состояния никогда бы не возникла наша вселенная.
Тем не менее Гут решился опубликовать свою гипотезу. Не стоило отказываться от столь многообещающего решения из-за одной нестыковки, с которой, он был уверен, либо он сам, либо другие ученые сумеют разобраться. Зато его гипотеза устраняла все проблемы теории Большого взрыва: видимая нами вселенная могла возникнуть из столь малой “области”, что до инфляции она успела достичь равновесия. За период разбегания дисбаланс между центробежной энергией и притягивающей частицы вещества друг к другу силой всемирного тяготения должен был выровняться. В особенности радовало предсказание, что инфляция породит области со слегка большей и слегка меньшей плотностью – семена будущих галактик. Техника наблюдения за космическим микроволновым фоновым излучением еще не умела обнаруживать эти “отклонения плотности”, но Стивен Хокинг и его коллеги думали об этом и о проблеме гладкости с середины 1970-х, с тех самых пор, как Уилсон и Пензиас зафиксировали CMBR. Станет ли инфляция тем самым ответом, который напряженно искали космофизики?
Хокинг, как и сам Гут, не был вполне удовлетворен. Его смущало не то, что пузыри могли столкнуться и в итоге породить хаос вместо гладкой вселенной, а другое соображение: на стадии инфляции скорость расширения оказалась бы слишком большой и эти пузыри нарушенной симметрии вообще не успели бы соединиться. Хокинг полагал, что их слишком быстро разнесло бы в разные стороны, даже если бы эти пузыри росли со скоростью света. В результате должна была появиться вселенная, где симметрия четырех сил местами нарушена, а местами нет, – отнюдь не наша вселенная. С этой мыслью Хокинг в октябре 1981 года отправился на Московскую конференцию.
Дискуссия в Москве
Советский физик Андрей Линде, выпускник МГУ и сотрудник Института имени Лебедева, в тридцать три года впервые встретился со Стивеном Хокингом на Московской конференции при довольно-таки драматических обстоятельствах.
За несколько лет до того, как Гут опубликовал гипотезу расширяющейся вселенной, Линде и сам думал в том же направлении, однако не торопился обнародовать свои мысли, понимая скрытые в этой гипотезе проблемы. Гут тоже видел эти проблемы, но его это не смутило, и он отважно – и, как выяснилось, весьма благоразумно – опубликовал свою работу и таким образом опередил Линде. Несмотря на поздний старт, Линде вскоре нагнал упущенное и возглавил группу космофизиков, разрабатывавших теорию инфляции. В 1990-х Линде станет заметной фигурой в Стэнфорде – помимо всего прочего, он будет демонстрировать чудеса магии, акробатики и гипноза. Но к первой их московской встрече Линде был еще не слишком известным ученым, он не печатался на Западе и не бывал ни в Европе, ни в Америке, а Стивен Хокинг был уже знаменитостью.
Линде и Хокинг выступали на Московской конференции с докладами. Хокинг поделился своим беспокойством по поводу инфляции: он пришел к выводу, что отклонения плотности оказались бы слишком заметными и в результате не могла бы возникнуть известная нам вселенная. Линде рассказал о том, как он за лето успел найти способ решить проблемы, имевшиеся в первоначальной модели инфляции Гута (и его собственной). Поскольку в Советском Союзе любая публикация затягивалась из-за цензуры, статья Линде о “новой теории инфляции” вышла в свет лишь в начале 1982 года. На конференции у Линде не было возможности обсудить свои идеи с Хокингом, но уже по окончании мероприятия обстоятельства свели их. На праздновании шестидесятилетия Хокинга в 2002 году Линде весьма живо изобразил события того вечера – сперва ужаснувшие его, но в итоге обернувшиеся успехом.
Московский Астрономический институт имени Штернберга пригласил Хокинга выступить с лекцией на следующий день после закрытия конференции. Хокинг решил еще раз обсудить изъяны теории Алана Гута. В самый последний момент в переводчики пригласили Линде, свободно владевшего английским языком. В это время Хокинг уже делал все свои доклады через учеников, а сам слушал их выступление, изредка вставляя комментарий или что-то исправляя, но это выступление почему-то не было организовано таким образом и, по воспоминаниям Линде, свелось к мучительному двойному переводу: Хокинг произносил нечто неразборчивое, его аспирант пытался понять и повторить ту же фразу на нормальном английском, а Линде переводил на русский. Все это с черепашьей скоростью. Зато Линде, прекрасно разбиравшийся в теме, стал кое-что добавлять от себя. Хокинг произносил фразу – студент повторял – Линде переводил и комментировал, избавляя Хокинга от необходимости пояснять свои слова. Хокинг вроде бы не возражал, и дело шло гладко и споро, пока не добрались до теории инфляции в неисправленном виде.
И тут настал момент, когда Линде, к своему изумлению, через посредство аспиранта услышал от Хокинга, что Андрей Линде недавно “предложил интересный способ разрешить проблемы теории инфляции”. Линде с радостью перевел эти слова на русский. Сейчас ведущие физики Союза услышат, как Стивен Хокинг толкует его, Линде, теорию! Он уже видел свое блестящее будущее в науке… но видение продлилось лишь несколько секунд. Хокинг принялся разбирать идею Линде по косточкам. Полчаса – тридцать тяжких и мучительных минут – Линде “переводил Стивена и объяснял всей аудитории изъяны моего сценария и почему он никуда не годится”. Под конец лекции Линде собрался с духом и заявил аудитории, что перевести-то он перевел, но сам с Хокингом не согласен, и объяснил, почему не согласен. Затем он предложил Стивену продолжить спор с глазу на глаз. Возможно, Хокинг понял это как “выйдем, поговорим”, но они отыскали пустой кабинет, и пока администрация института в панике разыскивала “таинственно исчезнувшего знаменитого британского ученого”, Хокинг и Линде продолжали свой спор. Они проговорили два часа, а затем перебрались в гостиницу к Хокингу и там спорили дальше. Постепенно позиции Линде укрепились. “Он показал мне фотографии своих детей и пригласил меня в Кембридж. То было начало прекрасной дружбы”.
Хокинг имел все основания возражать против “новой инфляции” Линде. Проблема заключалась в том, что пузыри нарушенной симметрии не смогут соединиться, решение – предположить настолько большой пузырь, чтобы в нем поместилось все то, из чего потом разовьется наша область вселенной. Чтобы это оказалось возможно, переход от симметрии к нарушенной симметрии должен был осуществляться внутри пузыря намного медленнее. По мнению Хокинга, в “новой инфляции” пузыри окажутся чересчур большими – больше, чем была в тот момент вся вселенная. Кроме того, теория Линде предсказывала значительно бо́льшие колебания температуры микроволнового фонового излучения, нежели те, что удавалось наблюдать.
Вскоре после Московской конференции Хокинг отправился в Филадельфию, где ему вручили медаль имени Бенджамина Франклина за работу в области физики. Произнося торжественную речь, Хокинг отказался от строго научной темы и заговорил о том, что всегда волновало его и Джейн, – о том, что, накапливая груды ядерного оружия, СССР и США ставят под угрозу жизнь на Земле. Еще в 1962 году Джейн Уайлд услышала от Дайаны Кинг: “Он участвует в маршах за ядерное разоружение”. Хокинг все еще участвовал в этих маршах.
Однако, вернувшись в Кембридж, Хокинг вновь втянулся в спор об инфляции. К нему обратились из журнала Physic Letters с просьбой отрецензировать готовившуюся к публикации статью Линде. Несмотря на изъяны в теории, о которых Хокинг беседовал с Линде, Хокинг рекомендовал статью к публикации. Это была важная работа, научному сообществу следовало познакомиться с ней, а если бы Линде пришлось пересматривать статью и вносить поправки, процесс затянулся бы из-за советской цензуры. В то же время Хокинг вместе со своим аспирантом Иэном Моссом подал собственную статью, в которой предлагал более правдоподобное, на его взгляд, завершение периода инфляции: если симметрия нарушается (нарушается медленно, как предполагал Линде) не только в пузырях, но и повсюду, то в результате возникает та единообразная вселенная, в которой мы живем. Поскольку во всем мире шла интенсивная работа по этим направлениям, Хокинг вместе с коллегой по DAMPT Гэри Гибсоном задумал организовать следующим летом семинар, главным образом посвященный теории инфляции. Сверхкомпетентная секретарша Хокинга Джуди Фелла уже занялась подготовкой.
В январе 1982 года Хокингу исполнилось сорок лет. Такого возраста он не надеялся достичь, но и сверх того было что отпраздновать: на Новый год Хокинга включили в списки награжденных, и он сделался Командором ордена Британской империи. На церемонии награждения в Букингемском дворце (она состоялась 23 февраля) отцу помогал Роберт. Теперь после фамилии Хокинга красовались буквы CBE.
Заставить инфляцию работать
С 21 июня по 9 июля 1982 года творцы теории инфляции наконец-то собрались вместе в Кембридже, на Наффилдский семинар по очень ранней вселенной. Из России приехал Андрей Линде. В семинаре участвовали Алан Гут и Пол Штейнхардт из Университета Пенсильвании. Штейнхардт и его коллега Андреас Альбрехт независимо от Линде одновременно выдвинули очень похожую теорию “новой инфляции”. Хокинг тоже внес вклад в работу конференции, доказав, что высокая температура вселенной в период инфляции с неизбежностью ведет к небольшим отклонениям плотности.
В конце лета Хокинг вновь слетал в Калифорнию, на этот раз в Санта-Барбару, провел несколько недель в новом Институте теоретической физики при Калифорнийском университете. Там работал Джим Хартл, и двое ученых подробно обсудили идею, которую Стивен выдвинул в сентябре 1981 года на конференции в Ватикане. Всеобщее увлечение теорией инфляции отодвинуло на второй план гипотезу об отсутствии начальных условий, однако Хокинг не переставал думать и над ней. За следующие два года они с Хартлом довели эту гипотезу до рабочего состояния.