“Это поразительно: самые дерзкие гипотезы о том, что происходило в первые мгновения существования вселенной, теперь можно проверить измерениями”, – восклицал в марте 2008 года ведущий исследователь WMAP Чарльз Беннет. Собранные на пятом году работы данные побуждали кое в чем ограничить разнообразие теорий инфляции, подтвердив при этом реальность инфляции как таковой. WMAP обнаружил наконец то, чего никто и предположить не мог: непонятный разрыв в случайном и достаточно равномерном распределении температурных колебаний космического микроволнового излучения – “холодное пятно”. Ничего определенного по поводу пятна сказать не удавалось, разве что “наблюдайте это пятно”, – однако пока что предлагавшиеся объяснения не противоречили теории инфляции.

Погоня за экспериментальными доказательствами в пользу теории, так долго остававшейся всего лишь гипотезой, происходила не только в космосе, но и на Земле, и даже под землей. 1 сентября 2008 года был пущен Большой адронный коллайдер в ЦЕРНе, и все затаили дыхание: наконец-то будет обнаружен бозон Хиггса!

Питер Хиггс предсказал существование бозона Хиггса в 1964 году и дождался, чтобы эта частица была включена в стандартную модель космологической теории. На пресс-конференции в 2008 году Хиггс гневно оспорил – “атаковал”, как сказано в заголовке Sunday Times – некоторые высказывания Хокинга в интервью Би-би-си.

Отношения Хокинга и Хиггса испортились еще в 1996 году, когда Хокинг опубликовал статью, в которой доказывал, что бозон Хиггса никогда не будет обнаружен. К 2000 году это пророчество опровергнуть не удалось: в тот год Большой электронно-позитронный коллайдер в ЦЕРНе закрылся, так и не дав сколько-нибудь убедительных доказательств существования этой частицы, и Хокинг получил 100 долларов от коллеги из Мичиганского университета Гордона Кейна, который ставил на бозон Хиггса. Исход другого аналогичного пари оставался неясным – нужно было дождаться завершения эксперимента в Лаборатории Ферми под Чикаго. Спор между Хокингом и Хиггсом вышел за рамки нормальной научной дискуссии в 2002 году, когда на официальном обеде в Эдинбурге Хиггс заявил: “С ним трудно спорить, а потому он может позволить себе высказывания, за которые другому человеку пришлось бы отвечать. Статус звезды обеспечивает его словам убедительность, на какую другие люди рассчитывать не могут”. Хокинг ограничился ответом: “Мне казалось, научный спор можно вести без перехода на личности”, – и в частном порядке Хиггс извинился, пояснив, что Хокинг не понял общего контекста его высказывания. Извинения были приняты, мир заключен, однако Хокинг ничуть не поколебался в убеждении, что частицу Хиггса не отыщет никакой эксперимент.

На пресс-конференции незадолго до объявленной даты запуска Большого адронного коллайдера в сентябре 2008 года Хокинг растравил старые раны, сказав, что, по его мнению, “будет куда интереснее, если мы не найдем частицу Хиггса. Тем самым выяснится, что тут допущена ошибка, и найдется о чем подумать. Ставлю 100 долларов на то, что Хиггса мы не обнаружим”. Хиггс ответил пренебрежительным отзывом о работе самого Хокинга: “С точки зрения физики частиц, с точки зрения квантовой теории для последовательной аргументации требуется засунуть в гипотезу что-нибудь еще, кроме гравитации, а Стивен про это забывает. Его вычисления кажутся мне крайне сомнительными”. Хокинг говорил о том, что Большой адронный коллайдер мог бы принести открытия поинтереснее – например, обнаружить суперсимметричные пары. “Найдя их, мы получили бы решающий аргумент в пользу теории струн, – сказал он, – и, вероятно, убедились бы в том, что из них состоит темная материя, удерживающая галактики от разбегания. Что бы коллайдер ни обнаружил – а также если он чего-то не обнаружит, – это многое поведает нам о структуре вселенной”. Комментарий Sunday Times – мол, “эта ссора шоком отразится на всем научном сообществе” – был явным преувеличением, но нетрудно понять Хиггса, который накануне восьмидесятилетия жаждал наконец убедиться в правильности своей теории.

У Хокинга с работой коллайдера были связаны собственные интересы. В последней лекции в Калифорнийском технологическом он упоминал возможность разглядеть микроскопические черные дыры, возникающие при столкновении в коллайдере. Если это в самом деле происходит, значит, микроскопические черные дыры испускают частицы именно так, как предсказывает теория излучения Хокинга. Можно претендовать на Нобелевскую премию.

К большому огорчению и Хиггса, и Хокинга, и многих других людей, Большой адронный коллайдер пришлось выключить всего через девять дней после запуска. Замыкание в электропроводке вызвало утечку гелия в туннель коллайдера и сбой сверхпроводящих магнитов, которые направляют движение субатомных частиц. Целый год ушел на то, чтобы вернуть коллайдер в строй.

Частица Хиггса остается неуловимой и поныне, когда пишется эта книга. В конце февраля 2011 года после небольшого перерыва на плановый ремонт исследователи приступили к новому циклу экспериментов. “Либо мы обнаружим частицу Хиггса, либо исключим ее существование – в любом случае мы получим очень важный результат, – заявил Серджио Бертолуччи, директор компьютерных исследовательских программ ЦЕРНа. – Конечно, принять отрицательный результат как серьезное достижение труднее, однако если частица Хиггса не существует, что-то должно обнаружиться на ее месте”.

Тогда же, в сентябре 2008 года, когда возобновилась старинная вражда Хокинга и Хиггса, Хокингу выпала честь символически “перерезать ленточку” на новом украшении, появившемся в древнем центре Кембриджа. Колледж Корпус-Кристи, обладатель самого старинного университетского двора, приобрел и установил на углу Бенет-стрит и Кингс-парейд огромные механические часы без стрелок: секунды, минуты и часы отсчитывались вспышками голубых лампочек в форме слезинок на концентрических кругах, охватывавших циферблат диаметром в полтора метра. Огромный золотой циферблат весь был покрыт трещинами, пузырями, словно в тот момент, когда металл плавился, в него уронили камень. Так изображался Большой взрыв, запустивший пульсацию времени.

Сверкающий механизм увековечивает память великого часовщика Джона Харрисона: в XVIII веке он решил проблему определения долготы и в том числе изобрел “кузнечиковый спуск”. Часовщик и спонсор колледжа Корпус-Кристи Джон Тейлор окончил университет в 1950-х и с тех пор прославился многими изобретениями. Старинные часы – его страсть. Тейлор выполнил своего “кузнечика” в виде гигантской, устрашающего вида саранчи. Прекрасная и грозная прожорливая тварь неустанно ползет по верхнему краю часов. Она запускает лапки-рычаги в зубцы гигантской часовой шестерни, которая вращается вокруг наружного циферблата, и, как делал это кузнечик Харрисона, сдерживает и выравнивает скорость вращения. Это чудище именуется “хронофагом”, пожирателем времени.

Когда часы бьют час, то не привычным перезвоном, а звяканьем железных цепей о гроб, грохотом молотка, забивающего в деревянную крышку последний гвоздь, – все это спрятано внутри часов.

Вполне естественно, что именно Хокингу выпала честь публичного открытия этого великолепного механизма. Стивен Хокинг сделался олицетворением Большого взрыва и “краткой истории” времени. Он приручил время, превратил его в еще одно измерение пространства. И мистически продлил время собственной жизни, обманув то прожорливое существо на циферблате.

И все же время шло, даже для Хокинга. Годом позже, 30 сентября 2009 года, ему пришлось отказаться от звания Лукасовского профессора математики, которое он носил тридцать лет, – по уставу университета профессорам полагается в шестьдесят семь покидать кафедру. Преемником Хокинга стал Майкл Грин, известный физик-теоретик, специалист по теории струн.

В отличие от шестидесятилетия, отставка была отмечена в узком кругу, выпили шампанского на кафедре. Особых изменений не произошло – все то же до отказа перегруженное расписание, научная работа, кабинет в DAMPT. Теперь официальная должность Хокинга называлась “руководитель исследований Кембриджского центра теоретической космологии”. Ни на просторный угловой кабинет, ни на прилегающие к нему помещения, отведенные для личного секретаря и помогающего Хокингу аспиранта, никто не покушался. В записи радиовыступления на Би-би-си Хокинг подчеркивал, что не уходит на пенсию, меняется лишь название должности. Он завершил свою речь словами: “Эта эпоха – прекрасное время, чтобы жить и заниматься теоретической физикой. За последние сорок лет наши представления о вселенной радикально изменились, и я рад, что смог внести свой вклад в эту работу. Я хочу разделить со всеми свой интерес, свой энтузиазм. Миг озарения, эврика, когда открываешь нечто никому прежде не ведомое, – с чем это сравнить? Не стану сравнивать с сексом, тем более что этот миг длится дольше”.

В тот год Хокинг неоднократно грозился покинуть Кембридж и даже Англию в знак протеста против предполагавшегося сокращения финансирования фундаментальных исследований – вроде тех, которыми он занимался, – и государственной поддержки научного образования, к которому он так упорно подталкивал молодежь. Вместо этого основные средства собирались вложить в прикладную, промышленную науку, чтобы заработать побольше денег. Хокинг уже десять лет протестовал против подобной расстановки приоритетов – “невежественной по отношению к прошлому и слепой по отношению к будущему”, как он выражался. “Нелепо требовать от каждого научного проекта промышленной отдачи. Многие ли из великих открытий прошлого, на которые теперь опираются современные технологии, были осуществлены в поисках немедленной выгоды для промышленности? Да ни единое!”

Куда бы он переселился, если бы решился на отъезд? Ему нравилось работать в замечательном исследовательском центре Ватерлоо (Онтарио), и возглавлявший Институт теоретической физики Нил Турок неоднократно приглашал Хокинга. Ходили слухи, будто, уйдя с кафедры, Хокинг займет какую-то должность в этом институте. Но Хокинг так и не уехал из Кембриджа и вряд ли уедет. Пусть он уже не Лукасовский профессор, и правительство досаждает ему, урезая фонды, и здоровье изменяет, все труднее общаться и делиться своими идеями, Хокинг по-прежнему верен своей невероятной мечте: “Полностью понять вселенную, почему она так устроена, почему она вообще существует”. Сколько времени на это понадобится? Хокингу задавали этот вопрос годом ранее в интервью для шоу Чарли Роуза. Он повторил слова из Лукасовской лекции 1980 года: “До конца столетия”. И со своей фирменной ухмылкой уточнил, что до конца XXI века осталось куда больше лет, чем оставалось тогда до конца ХХ века.

Личный секретарь Хокинга Джудит Кросделл организовала в начале 2009 года приватный “Большой взрыв”, подарив боссу на день рождения мини-установку для запуска ракет. Игрушка запускала ракету через весь кабинет. В марте Хокинг слетал в Лос-Анджелес и познакомился с недавно появившейся на свет внучкой Роуз. Ей они с Люси посвятили вторую книгу о Джордже. Роуз – младшая сестра Джорджа, дочка Роберта и Катрины.

По дороге в Лос-Анджелес Хокинг выступал с лекцией в Пасадене. Это было масштабное мероприятие при огромном стечении народа, но Хокингу не привыкать. Подобное случалось по нескольку, по многу раз в год, даже в Калифорнийском технологическом, где он чувствовал себя как дома.

Под увертюру из “Так говорил Заратустра” Рихарда Штрауса Хокинг выехал в конференц-зал, вмещавший 4500 человек. Даже люди, незнакомые с классической музыкой, опознали это вступление как рокочущий саундтрек из фильма “2001 год: космическая одиссея”. Хокинг уже не мог сам управлять креслом, руки его бессильно лежали на коленях, коляску на приличной скорости катил по проходу помощник. Рихарда Штрауса сменил Иоганн Штраус, “Заратустру” – не столь внушительный, зато более жизнерадостный вальс “Голубой Дунай”. По пандусу кресло подняли на сцену. Аудитория замерла. Ничего не происходило. Глюк? Или таким образом он нагнетает напряжение? Аспирант подошел ближе, что-то поправил в ноутбуке. Руки Хокинга все так же неподвижно лежат на коленях. Компьютером он теперь управляет с помощью щечной мышцы. И вот знакомый механический голос, и слова, которых все ждали: “Меня слышно?” Аудитория Калифорнийского технологического института разразилась приветственными криками. Стивен Хокинг вернулся!

Лекция называлась “Зачем нам космос?”. Эту лекцию Хокинг подготовил годом ранее к полувековому юбилею NASA и в первый раз прочел в Вашингтоне. В сущности, это был “более взрослый” вариант главы с тем же названием из опубликованной в 2007 году второй книги о приключениях Джорджа (“Джордж и сокровища вселенной”). В детскую книгу не вошли, в частности, рассуждения о стоимости космических путешествий. Хокинг понимал, что обойдутся они недешево, но даже если США в двадцать раз увеличат расходы на исследования космоса, эти средства все равно составят лишь малую часть общемирового бюджета. Ближайшей целью Хокинг поставил создание лунной базы к 2020 году и полет космического корабля с экипажем на Марс к 2025-му – и то и другое не столько ради новых исследований, сколько чтобы привлечь общественное внимание к космосу и к науке в целом. “Многие космологи признаются, что их интерес к науке вспыхнул, когда они увидели высадку на Луне”, – напомнил он.

Встретим ли мы “там” жизнь? Хокинг рассуждал так: вероятность существования подходящей для жизни планеты мала, еще меньше вероятность того, что жизнь действительно возникнет, но, учитывая размеры вселенной, где-то в ней должна была появиться жизнь, подобная земной. Расстояния между “живыми” планетами чрезвычайно велики, иная форма жизни, скорее всего, окажется не связанной с нашей ДНК. С другой стороны, метеориты могли разнести жизнь с планеты на планету и даже из одной системы в другую – в таком случае (этот процесс именуется “панспермия”) вполне можно надеяться отыскать где-нибудь в наших местах других живых существ с такой же ДНК.

Одним из доводов в пользу такого – то есть в результате панспермии – происхождения жизни на Земле служит подозрительно скорое ее возникновение, едва сложились подходящие условия. Земля сформировалась 4,6 миллиарда лет тому назад и первые полмиллиарда остывала до температуры, при которой мыслима жизнь. Первые следы жизни появляются 3,5 миллиарда лет назад, то есть уже через полмиллиарда лет после того, как это стало возможно. Для нас полмиллиарда лет – изрядный срок, но в геологических масштабах – чересчур короткий.

Разумеется, к нам не наведывались пришельцы (скорее всего, не наведывались – “они почему-то являются лишь чудакам и психам”), и непохоже, чтобы рядом с нами в нашей галактике существовали продвинутые цивилизации. Проект SETI так и не подключился к “Своей игре” для инопланетян. Вероятно, в ближайших сотнях световых лет от нас нет цивилизации, достигшей нашего уровня. “Я бы не побоялся страховать людей от похищения инопланетянами – и не прогадал бы”.

На вопрос, почему мы до сих пор не получали известий от иных цивилизаций, Хокинг предложил в этой лекции три ответа.

Во-первых, возможно, что вероятность зарождения жизни даже на подходящей для этого планете все же чересчур низка.

Во-вторых, даже при достаточно высокой вероятности появления жизни не так высока вероятность развития жизни до разумного состояния. (Не факт, что разум является преимуществом в борьбе за выживание вида. Лучше всех устроились бактерии и насекомые.)

В-третьих, разумные существа, научившиеся передавать в космос сигналы, умеют конструировать также и атомные бомбы или иное оружие массового уничтожения и вполне способны целиком уничтожить на этом этапе свой вид. Это соображение самому Хокингу казалось чересчур пессимистичным, но даже если инопланетная цивилизация не самоуничтожилась, учитывая недолгий срок существования жизни на Земле по сравнению с возрастом вселенной, приходится согласиться с тем, что у нас мало шансов повстречать цивилизацию, схожую с нами, – либо другая планета окажется гораздо более отсталой, чем наша, либо, наоборот, та цивилизация далеко опередила нашу и по сравнению с ней мы покажемся дикарями.

Хокинг главным образом упирал на маловероятность не самой жизни, но разумной жизни. “Некоторые полагают, что и на Земле ей еще только предстоит появиться”. Вы улыбнулись?

Это была длинная, насыщенная мыслями лекция. Хокинг ответил на вопросы студентов и сотрудников Калифорнийского технологического. Интересные вопросы он отобрал заранее: насколько близок наш мир к тому, который изображен в “Звездном пути”? Он ответил: не рассчитывайте на двигатель деформации пространства и на репликаторы. Нам предстоит “идти трудным путем” – на скорости ниже скорости света. Несколько поколений сменят друг друга в ракете, летящей к дальним мирам. Космические путешествия будут столь долгими, что экипаж успеет эволюционировать, и внутри человеческого рода появятся разные виды.

Под конец визита в Калифорнию Хокинг почувствовал себя плохо и не смог лететь в Финикс, как было запланировано. Вместо него в Финикс полетела Люси, а заранее написанное выступление Хокинга передавалось по громкоговорителям. Вернувшись в Кембридж, Хокинг прошел обследование в больнице, но на этот раз все оказалось не так уж скверно, и он вполне оправился к лету, чтобы в августе вновь слетать в Америку – в Вашингтон – и получить Президентскую медаль Свободы из рук Барака Обамы. В сентябре он отправился в Швейцарию, в ЦЕРН и в Женевский университет, где лекцию “Создание вселенной” вживую слушал переполненный театральный зал, а в видеопередаче – еще десять битком забитых аудиторий.

В Вашингтоне, когда Хокинг принимал свою медаль, прозвучала реплика, несколько неожиданно втянувшая гостя в ожесточенный спор вокруг нового закона о здравоохранении, который Барак Обама как раз пытался провести через Конгресс. Некий закоренелый противник государственного здравоохранения, желая унизить британскую систему, заявил: “Будь Стивен Хокинг британцем, он давно был бы мертв”. Хокинг возразил: а кто же он, если не британец, и живет смолоду в английском Кембридже, и “государственная система здравоохранения печется обо мне вот уже более сорока лет. Я получаю в Британии наилучшую медицинскую помощь, какая только возможна, и верю во всеобщее государственное медицинское страхование”. Джейн Хокинг, пожалуй, не стала бы так горячо заступаться за британскую систему здравоохранения – немало она с ней намучилась.

В феврале 2010 года Планетарное общество Пасадены присудило Хокингу Космическую премию за выдающиеся успехи в популяризации науки. Ранее этой чести удостоились Джеймс Камерон за “Аватар” и продюсер сериала NOVA Пола Эпселл. Поскольку Хокинг вновь чувствовал себя не очень хорошо, из Пасадены в Кембридж отправили специальную делегацию для вручения награды. Планетарное общество ставит себе целью “вдохновлять жителей Земли на исследование новых миров, изучение своего собственного и поиски иных видов жизни”. Пресс-релиз о проходившем в Кембридже мероприятии заканчивался словами: “Все билеты проданы”.

Еще один памятник скоротечному времени Хокинг открыл весной 2010 года. Это было необычно и трогательно: на ежегодной выставке цветов Королевского садового общества Челси в Лондоне был разбит сад, названный в его честь. “Сад Стивена Хокинга для борьбы с болезнями двигательных нейронов: краткая история времени” был посвящен не одному только Стивену, но и всем, чью жизнь затронул этот недуг – больным, их родственникам и попечителям, – и этот сад вызывал сильные, смешанные чувства. По спиральной тропе, символизировавшей эволюцию земных растений, посетители продвигались от самых древних видов к средоточию сада с “плодородными средиземноморскими растениями, которые, если климатические условия это позволят, будут кормить нас в будущем”. В центре сада находился пруд, вода которого струилась в безнадежную черную бездну – черную дыру, конец времени. Поблизости в стене сухой кладки были помещены часы, напоминавшие о стремительности хода времени, особенно для тех, кто поражен болезнью двигательных нейронов. Королева Елизавета встретилась с Хокингом в этом саду, отдала должное замыслу, побеседовала с ученым и поздравила его.

Работа WMAP закончилась в 2009 году. В январе 2010 года вышел итоговый доклад: уловленные аппаратом макроколебания температуры фонового космического излучения оказались немного более выраженными, чем микроколебания, – это тонкое, но принципиально важное различие предсказывалось многими моделями инфляции, – а значит, вселенная в самом деле плоская. Второй вывод подкреплялся с еще большей, чем прежде, убедительностью случайным распределением горячих и холодных точек космического микроволнового излучения.

Когда миссия WMAP готовилась к завершению, Европейское космическое агентство запустило в мае 2009 года спутник “Планк”, снабженный, в числе прочего, детекторами, работающими при температуре –273,05, всего на десятую долю градуса выше абсолютного нуля. Полная публикация полученных этим спутником данных по космическому микроволновому излучению – снимки, анализ, научные статьи – ожидается не раньше 2013 года, но предварительными результатами ESA поделилось уже в январе 2011-го. “Мы еще не добрались до главного сокровища, до источника космических микроволн”, – признавался Дэвид Саутвуд, директор научных программ ESA. Первоочередной задачей проекта было отсеять некоторые источники “шума”, создающие помехи при изучении космического микроволнового излучения. На это излучение в процессе эволюции вселенной могло воздействовать множество факторов: “всяческие астрофизические загрязнения” усложняли картину – нерегулярности гравитационных линз, радиопомехи, черные дыры и даже шум самих приборов. Особый интерес создатели “Планка” проявляли к “аномальному микроволновому излучению”, которое наблюдается в регионах галактики с большей плотностью космической пыли. Удалось доказать, что это излучение порождают зерна пыли, вращающиеся после столкновения с быстро движущимися атомами или с ультрафиолетовым излучением. Если отсеять этот микроволновый “туман”, данные по фоновому космическому излучению не будут искажены – фоновое космическое излучение останется незатронутым, и данные, полученные “Планком”, позволят изучить это излучение в недоступных прежде деталях.

По мере того как наблюдения за космическим микроволновым излучением становились все более четкими и подробными, от моделей вселенной требовалось все более точное совпадение с этими результатами, и некоторые модели были исключены из числа кандидатов. Но пока что данные наблюдений и предсказания теории по космическому излучению, форме вселенной, гладкости на макроуровне и шероховатости на микроуровне совпадают, что говорит в пользу инфляционной космологии. Как сказал Джон Барроу, “возрастающее количество данных наблюдения подтверждает определенную схему температурных колебаний космического микроволнового излучения, и это побуждает нас признать убедительность теории, согласно которой видимая нам часть вселенной пережила сильную инфляцию на самых ранних стадиях своего существования”.

Теория предсказывала, что гравитационные волны, возникшие сразу же после Большого взрыва, оставили заметный след в космическом микроволновом излучении, но этот след все время ускользал от исследователей. Нашлись, однако, более многообещающие способы исследования гравитационных волн. Кип Торн, чей интерес к черным дырам отнюдь не угас, вместе с коллегами давно уже занимался поиском инструментария, который помог бы обнаружить и замерить гравитационные волны, возникающие при образовании черных дыр, а значит, и в начале вселенной. Одна из возможных техник – лазерная интерферометрия.

Интерферометр расщепляет лазерный луч надвое, причем одна половина луча оказывается перпендикулярна другой. Луч отражается зеркалом, направляется вспять и встречается с самим собой. К каждому зеркалу прикреплена большая масса, поэтому если гравитационная волна пройдет через интерферометр, растягивая и сокращая пространство между массами (и тем самым между зеркалами), лучи слегка сместятся, и путь, который они проходят, окажется неодинаковым, в результате чего возникнет интерференционная картина (рис. 19.1).

На Земле уже были установлены детекторы гравитационных волн – в Хэнфорде, штат Вашингтон (LIGO), в немецком Ганновере и в Пизе, но царь всех этих приборов, огромнейший аппарат под названием LISA (лазерная интерференционная космическая антенна), должен отправиться в космос на трех (!) ракетах. Эти три ракеты должны будут распределиться по углам треугольника со стороной около 5 миллионов километров. Лучу света понадобится около 20 секунд, чтобы попасть из одной такой точки в другую (см. рис. 19.2). Когда гравитационные волны, растягивающие и сокращающие пространство, пройдут через этот огромный “аппарат”, их движение едва заметно изменит расстояние между ракетами, а значит, и расстояние, которое проходят лучи света между ними, и возникнет интерференция, которую чрезвычайно чувствительные приборы смогут замерить. О таких аппаратах, как LIGO и LISA, говорил Кип Торн в юбилейной речи на шестидесятилетии Хокинга: он обещал, что к его семидесятилетию детекторы гравитационных волн, LIGO, GEO, VIRGO и LISA, успеют проверить его “великое пророчество о черных дырах”. И детекторы работали вовсю!

Вслед за WMAP, “Планком” и LISA NASA намечает запуск Эйнштейнова зонда инфляции (Einstein Inflation Probe) для изучения космического микроволнового излучения, а также Наблюдателя Большого взрыва (Bing Bang Observer), призванного исследовать гравитационные волны. Вместе эти два подхода, возможно, дадут нам то, чего пока не сумели дать ни замеры, ни исследования, ни даже чрезвычайно успешная работа WMAP: мы поймем наконец физический механизм и энергетический масштаб самой инфляции. Изучение гравитационных волн – наиболее прямой путь (для нас, жителей Земли) к постижению судьбы вселенной в первые доли секунды ее существования.

Помогут ли полученные в наблюдении данные однозначно решить вопрос, была ли инфляция или ее не было? Теория инфляции содержит определенные предсказания о паттернах и свойствах гравитационных волн. Если данные наблюдения совпадут с ее предсказаниями, это будет серьезным доказательством в пользу теории инфляции, если же гравитационных волн не обнаружится, более вероятной покажется другая модель – экпиротический сценарий, в котором не происходит инфляция, а вселенная возникает в результате чрезвычайно медленного столкновения двух трехмерных миров на бранах, движущихся в скрытом от нас дополнительном (четвертом) измерении пространства.

Возможно ли проверить общие концепции, ту же теорию вечной инфляции, с нашей точки наблюдения, затерянной внутри дальнего уголка вселенной? Какие данные можно собрать прямо тут, в отпущенных нам небольших пределах?

Стивен Хокинг и его коллеги отнюдь не отчаиваются: они верят, что можно делать обоснованные предсказания и сопоставлять их с данными точных наблюдений, которые еще предстоит получить, – например, со спутника “Планк”. В статье, написанной в сентябре 2010 года, Стивен Хокинг, Джим Хартл и Томас Хертог признали, что не существует способа “наблюдать мозаичную структуру вселенной. Мы видим не вселенную в целом, но лишь почти гомогенный регион [доступный нашему наблюдению] внутри нашего светового конуса”. И хотя остается вероятность, что более существенные флуктуации могут быть обнаружены лишь на гигантских весах, которые нам создать не под силу, – на уровне “сверхгоризонта”, – эти ученые все же считают, что волновая функция, предсказанная отсутствием граничных условий, поможет им вычислить небольшие нарушения однообразия внутри той части вселенной, которая доступна наблюдению. Отсутствие или наличие случайности в спектре температурных вариаций фонового космического излучения, по их мнению, даст ценную информацию для построения общей картины – и для того, чтобы судить, существует ли общая картина.

Рис. 19.1. Схема установленного на Земле интерферометра гравитационных волн (предоставлена Кипом Торном).

Рис. 19.2. LISA – Лазерная космическая антенна-интерферометр, совместно установленная EAS и NASA, – будет отслеживать низкочастотные гравитационные волны (схема предоставлена Кипом Торном).

Подобно тому как квантовая волновая функция частицы позволяет судить обо всех возможных путях частицы из точки в точку, волновая функция отсутствия граничных условий представляет собой все возможные с точки зрения физики истории вселенной, если наша вселенная началась так, как предполагают Хокинг и Хартл. В предыдущей статье, в январе 2010 года, ученые отчитывались о результатах проверки ряда различных историй вселенной. При бесконечном количестве возможностей вычислить наиболее вероятные не так-то просто, но Хартл, Хокинг и Хертог сумели прийти к некоторым выводам даже без перенормировки, к которой прибегал, работая с бесконечностями, Ричард Фейнман (и сам же называл эту уловку “безумной”). Исследуемые ими истории вселенных они разделили на две группы.

Во-первых, рассмотрим модели вселенной, в истории которых, скорее всего, отсутствует инфляция. Иными словами, эти вселенные не принадлежат к большой группе вселенных, порождаемых инфляцией. Если мы живем в такой вселенной, если она похожа на вселенную, какую мы наблюдаем ныне, и если Хартл, Хокинг и Хертог правильно используют волновую функцию отсутствия граничных условий в своих вычислениях, то к каким ожиданиям подводят нас эти вычисления?

1. Космическое микроволновое фоновое излучение при доступных нам измерениях обнаруживает определенную схему неслучайного распределения спектра колебаний температур.

2. За пределами того, что доступно нашим наблюдениям, в макромасштабе – в целом гомогенность.

3. В нашем прошлом – небольшая инфляция.

Наблюдения космического фонового излучения не позволяют проверить пункт 2, а с двумя другими предсказаниями, по-видимому, не совпадают.

Значит, имеет смысл разобрать другую группу моделей вселенной. Эти вселенные входят в общую картину вечной инфляции. Если мы живем в такой вселенной, и если опять же она похожа на вселенную, какую мы наблюдаем ныне, и если Хартл, Хокинг и Хертог правильно используют волновую функцию отсутствия граничных условий в своих вычислениях, то к каким ожиданиям подводят нас эти вычисления?

1. Космическое микроволновое фоновое излучение при доступных нам измерениях обнаруживает высокую степень случайности в распределении спектра колебаний температур.

2. За пределами того, что доступно нашим наблюдениям, в макромасштабе – заметные нарушения гомогенности.

3. В нашем прошлом – более продолжительная фаза инфляции.

Вот это уже похоже на дело! Или, по крайней мере, так оно кажется. Ключевой фактор – отсутствие случайности в спектре фонового излучения или же наличие такой случайности и ее степень. Это мы можем наблюдать.

Однако Хартл, Хокинг и Хертог отважились продвинуться дальше и повысить ставки: в статье за сентябрь 2010 года они сообщили, что согласно их вычислениям наша вселенная, вероятно, завершила фазу инфляции при самом низком потенциале поля. Они достаточно точно предсказали итоги наблюдений в доступном нам регионе (в пределах нашего светового конуса) – не только высокий уровень случайности в распределении спектра температурных вариаций космического фонового излучения, но также уровень и форму, в какой распределение и спектр вариаций будут отклоняться от полной случайности, если теория вечной инфляции верна. Отклонение будет крайне малым, обнаружить его нелегко.

Теперь подождем, пока “Планк” и другие космические зонды не проведут достаточно точные измерения, по которым можно будет судить, насколько верны эти предсказания. Также должна обнаружиться конкретная схема незначительных флуктуаций температуры космического микроволнового излучения, предсказанная гипотезой Хартла и Хокинга об отсутствии граничных условий. “Планк”, возможно, также обнаружит определенным образом искривившиеся пути световых лучей, и это покажет, что наша вселенная обладает геометрией, предсказанной некоторыми моделями многообразной и вечной инфляции.

Пока Хокинг, Хартл и Хертог искали доказательства в пользу теории вечной инфляции, другая группа физиков занималась экспериментом, в ходе которого надеялась получить излучение Хокинга не на границе черной дыры и не на горизонте событий ранней вселенной, а в лаборатории. Даниэле Фаччо из Инсубрийского университета (город Комо) вместе со своей командой сообщил под конец сентября 2010 года в статье, поданной в Physical Review Letters, об успехе эксперимента. Они стреляли лазером по глыбе стекла. Расчет строился на том, что, проходя через стекло, лазерный импульс изменит скорость с учетом индекса рефракции (преломления света) в стекле. Если сильный лазерный импульс А послать вслед за более слабым и медленным В, А постепенно настигнет его, и в результате скорость света поблизости от импульса В замедлится. Импульс В будет все более замедляться, пока вовсе не остановится: конец импульса А, ведущий себя подобно горизонту событий черной дыры, поглотит его.

Вспомним разговор об излучении Хокинга: постоянно возникают пары частиц. Две частицы в паре возникают вместе, а потом расходятся. Спустя короткий – невообразимо короткий – промежуток времени они вновь соединяются и уничтожают друг друга. Когда это происходит на горизонте событий черной дыры, то может случиться и так, что прежде чем пара вновь встретится и аннигилирует, частица с отрицательной энергией пересечет горизонт событий и угодит в черную дыру. Частица с положительной энергией тоже может упасть в черную дыру, но не обязана. Она освобождается от уз партнерства и может покинуть горизонт событий в виде излучения Хокинга. Наблюдателю со стороны покажется, будто частица вылетела из самой черной дыры, но на самом деле она вылетела с наружного ее края, а парная частица унесла свою отрицательную энергию в черную дыру.

Фаччо и его сотрудники наблюдали именно такие частицы – в данном случае фотоны, – стараясь определить, втягивает ли в себя горизонт событий одну частицу из пары, когда импульс проходит через стекло, давая таким образом возможность второй частице ускользнуть в виде излучения Хокинга. Они установили камеру, направили ее на стеклянный блок и 3600 раз выстрелили в него лазером. Камера зафиксировала слабое излучение как раз в том спектре частот, который предсказан излучением Хокинга. Тщательно исключив другие источники сияния, исследователи пришли к выводу, что они в самом деле наблюдали излучение Хокинга.

Получит ли за это Хокинг Нобелевскую премию, которую, как правило, не присуждают даже за самые интересные гипотезы, если те не подтверждаются данными экспериментов или наблюдений? В ноябре 2010 года, вскоре после эксперимента в Комо, я спросила Хокинга: как, на его взгляд, Фаччо с командой в самом деле получили излучение Хокинга? Он ответил намеком: “Нобелевскую премию мне не присудят”.