Хокинг — обладатель Лукасовской именной профессуры в области физики, он руководит в Кембриджском университете той же кафедрой, которую некогда возглавлял Исаак Ньютон. Подобно своему блистательному предшественнику, Хокинг взялся за одну из величайших задач века — окончательное объединение теории гравитации Эйнштейна и квантовой теории. В результате Хокинг пришёл в восторг от элегантности и самосогласованности десятимерной теории и завершил книгу её обсуждением.
Хокинг больше не тратит львиную долю своей созидательной энергии на работу в сфере, которая обеспечила ему мировую славу, не занимается чёрными дырами, интерес к которым остался в прошлом. Он охотится за добычей покрупнее: объединённой теорией поля. Как мы помним, теория струн зародилась как квантовая теория, а потом присоединила теорию гравитации Эйнштейна. Хокинг, который изначально был классическим релятивистом, а не квантовым теоретиком, подошёл к проблеме с другой стороны. Вместе с коллегой Джеймсом Хартлом он начал с классической вселенной Эйнштейна, а потом проквантовал целую вселенную!
Волновая функция Вселенной
Хокинг — один из основоположников новой научной дисциплины, называемой квантовой космологией. Поначалу терминология казалась противоречивой. Слово квант относится к бесконечно малому миру кварков и нейтрино, а космология ассоциируется с почти бесконечным космическим пространством. Однако Хокинг и его последователи убеждены, что на основные вопросы космологии можно ответить только с помощью квантовой теории. Хокинг подводит квантовую космологию к окончательному квантовому заключению, допуская существование бесконечного множества параллельных вселенных.
Как мы помним, отправная точка квантовой теории — волновая функция, описывающая все возможные состояния частицы. К примеру, представим себе огромную грозовую тучу неправильной формы, заволакивающую небо. Чем темнее туча, тем выше концентрация водяного пара и пыли в этой точке. Таким образом, достаточно просто взглянуть на тучу, чтобы оценить вероятность обнаружения высокой концентрации воды и пыли в определённых местах на небе.
Эту тучу можно сравнить с волновой функцией единственного электрона. Подобно грозовой туче, она заполняет всё пространство. Чем больше её величина в какой-либо точке, тем выше вероятность обнаружить там электрон. Аналогичным образом волновая функция может ассоциироваться с крупными объектами, например людьми. Сидя в кресле у себя в Принстоне, я знаю, что обладаю шрёдингеровской вероятностной волновой функцией. Если бы мне как-нибудь удалось увидеть собственную волновую функцию, она напомнила бы мне облако в форме моего тела. Однако часть этого облака распространилась бы по всему пространству вплоть до Марса и даже за пределы Солнечной системы, хотя была бы в этом случае исчезающе малой. Это означает, что вероятность моего пребывания в кресле, а не на планете Марс, довольно велика. Несмотря на то что отчасти моя волновая функция распространилась за пределы галактики Млечный Путь, вероятность того, что я сижу в другой галактике, бесконечно мала.
Новая идея Хокинга заключалась в том, чтобы воспринимать вселенную в целом так, словно она представляет собой квантовую частицу. Повторив несколько простых шагов, мы придём к выводу, который откроет нам глаза.
Начнём с волновой функции, описывающей совокупность всех возможных вселенных. Это означает, что отправной точкой теории Хокинга должен быть бесконечный ряд параллельных вселенных — волновая функция Вселенной. Довольно простой анализ Хокинга, в котором слово частица заменено словом Вселенная, привёл к перевороту в наших представлениях о космологии.
Согласно этой картине волновая функция Вселенной распространяется во всех возможных вселенных. Подразумевается, что эта волновая функция довольно велика вблизи нашей Вселенной, следовательно, есть немалая вероятность, что наша Вселенная и есть та, которая нам нужна, чего и следовало ожидать. Но волновая функция распространяется и на все остальные вселенные, в том числе безжизненные и несовместимые с привычными нам законами физики. Поскольку волновая функция предполагается для этих прочих вселенных исчезающе малой, мы не рассчитываем, что наша Вселенная сделает квантовый скачок к ним в ближайшем будущем.
Цель, стоящая перед квантовыми космологами, — подтвердить эту догадку математически, показать, что волновая функция Вселенной велика для нашей нынешней Вселенной и исчезающе мала для остальных. Это доказывало бы, что привычная для нас Вселенная в некотором смысле уникальна и вместе с тем стабильна. (В настоящее время специалисты по квантовой космологии не в силах решить эту важную задачу.)
Если отнестись к доводам Хокинга со всей серьёзностью, это означает, что начать анализ следует с бесконечного количества всех возможных вселенных, сосуществующих друг с другом. Или, попросту говоря, определение Вселенной теперь не сводится к выражению «всё, что существует». Теперь это означает «всё, что может существовать». Например, на рис. 12.1 мы видим, как волновая функция Вселенной может распространиться на несколько возможных вселенных, причём наша окажется наиболее вероятной, но определённо не единственной. Квантовая космология Хокинга также подразумевает, что волновая функция Вселенной позволяет этим вселенным сталкиваться. «Червоточины» могут возникать и соединять эти вселенные. Однако это не те «червоточины», с которыми мы имели дело в предыдущих главах, не те, которые соединяют разные области трёхмерного пространства: в данном случае «червоточины» соединяют друг с другом разные вселенные.
Представим себе, к примеру, множество мыльных пузырей, зависших в воздухе. При нормальных условиях каждый такой пузырь представляет собой вселенную, он периодически сталкивается с другими пузырями и сливается в один большой или делится на два пузыря поменьше. Отличие в том, что теперь каждый мыльный пузырь — целая десятимерная вселенная. Так как пространство и время могут существовать только на каждом пузыре, между ними нет ни пространства, ни времени. У каждой вселенной своё «время», ограниченное ею одной. Незачем добавлять, что время во всех этих вселенных идёт с одинаковой скоростью. (Однако следует подчеркнуть, что путешествия между вселенными недоступны для нас из-за примитивного уровня развития нашей техники и технологии. Более того, необходимо отметить, что большие квантовые переходы в таких масштабах крайне редки, их частота сопоставима с продолжительностью существования нашей Вселенной.) Большинство таких вселенных мертвы, полностью лишены признаков жизни. В этих вселенных действуют другие законы физики, следовательно, физические условия, благодаря которым жизнь стала возможной, не сложились. Может быть, среди миллиардов параллельных миров только один, наш, обладает тем набором физических законов, который нужен для появления жизни (рис. 12.2).
