Аргументация у нас была лучше, чем у третьеклашки, по крайней мере мы на это уповали. Нам надо было снизить количество энергии пустого пространства, свести ее с той исполинской величины, которую давали наши наивные оценки, к числу, которое соответствовало бы верхнему пределу, допустимому по данным наблюдений. Для этого нужен был какой-то способ вычесть из очень большого положительного числа другое очень большое положительное число, чтобы взаимно уничтожились 120 разрядов и осталось нечто ненулевое на 121-м месте! Однако в науке еще не было случаев, чтобы два больших числа скомпенсировали друг друга настолько точно, с такой крошечной разностью.
А вот получить ноль обычно просто. Симметрии природы часто позволяют нам доказать, что в уравнение входят в точности равные величины с противоположным знаком, которые сокращаются без остатка – и не остается ничего. Точнее, опять же Ничего.
Поэтому мы, физики-теоретики, жили себе спокойно, не мучаясь от бессонницы. Да, мы пока не знали, как получить ответ, зато были уверены, что знаем, каким он должен быть.
Но у природы было другое мнение.
Глава 5
Неудержимая Вселенная
В наши дни задумываться о происхождении жизни – пустая трата времени, все равно что задумываться о происхождении вещества.
ЧАРЛЗ ДАРВИН
Гипотеза, которую мы с Майклом Тёрнером высказали в 1995 г., была сущей ересью. Мы предположили, что Вселенная плоская, исходя, в сущности, из теоретических предубеждений. (Еще раз подчеркну, что «плоская» трехмерная Вселенная является плоской не в том смысле, как двумерный блин, – это то самое трехмерное пространство, которое интуитивно представляем себе все мы: пространство, в котором световые лучи прямые. Это надо противопоставить картине искривленных трехмерных пространств, которые гораздо труднее себе представить и в которых световые лучи, повторяющие фундаментальную кривизну пространства, распространяются не по прямым линиям.) Затем мы отметили, что все доступные на тот момент космологические данные можно совместить с картиной плоской Вселенной при условии, что лишь примерно 30 % общей энергии содержится в особом темном веществе, которое, как, по всей видимости, показывали наблюдения, существует вокруг галактик и их скоплений. Но самое странное даже не это, а то, что оставшиеся 70 % общей энергии содержатся не в веществе в том или ином виде, а в пустом пространстве как таковом.
Наша идея была безумной по любым стандартам. Чтобы значение космологической постоянной соответствовало нашему заявлению, ту оценочную величину, о которой шла речь в конце предыдущей главы, нужно было каким-то образом сократить на 120 порядков, но так, чтобы при этом она не превратилась в ноль. Такой жесткой «тонкой настройке» не подвергали ни одну физическую величину на свете, к тому же никто не имел ни малейшего представления, как это проделать.
Отчасти именно поэтому, когда я пытался рассказать в разных университетах о загадке плоской Вселенной, мне доставались лишь улыбки. Думаю, никто не воспринял нашу гипотезу всерьез, и я даже не уверен насчет нас с Тёрнером. Мы решили эпатировать публику своей статьей с одной-единственной целью – наглядно продемонстрировать то, что беспокоило не только нас, но и нескольких наших коллег-теоретиков во всем мире: что-то было не так с принятой в то время «стандартной» картиной Вселенной, в которой почти вся энергия, необходимая, согласно ОТО, для создания плоской Вселенной, заключена в экзотическом темном веществе (и все это приправлено щепоткой барионов, из которых состоим мы, земляне, а также звезды и видимые галактики).
Один из коллег недавно напомнил мне, что после выхода в свет нашей скромной статьи за два года на нее сослались всего несколько раз, причем все ссылки, за исключением, может быть, одной или двух, были в наших же с Тёрнером публикациях. Научное сообщество в массе своей считало, что Вселенная, конечно, штука сложная, но все же не настолько безумная, как полагали мы с Тёрнером.
Простейший способ разрешить это противоречие состоял в том, что Вселенная не плоская, а открытая (то есть параллельные на сегодняшний день лучи света в ней расходятся, если проследить их траектории назад; это было, конечно, до того, как наблюдения реликтового излучения показали, что так быть не может). Однако и с таким предположением возникали некоторые трудности, и положение дел оставалось далеко не очевидным.
Любой школьник, который уже изучает физику, скажет вам, что гравитация – это очень притягательно, то есть она все притягивает. Правда, как часто бывает в физике и вообще в науке, сейчас мы понимаем, что нам придется расширять мировоззрение, потому что природа изобретательнее нас. Если мы на миг предположим, что притягательная природа гравитации приводит к тому, что расширение Вселенной замедляется, то мы сможем получить верхний предел возраста Вселенной, если принять, что скорость галактики, расположенной на известном расстоянии от нас, была постоянной с момента Большого взрыва. Дело в том, что если Вселенная замедлялась, то эта галактика когда-то удалялась от нас быстрее, чем сейчас, а следовательно, ей потребовалось бы меньше времени, чтобы добраться до нынешнего положения, чем если бы она всегда двигалась с нынешней скоростью. В открытой Вселенной с преобладанием обычного вещества замедление шло бы медленнее, чем в плоской Вселенной, а значит, предполагаемый возраст Вселенной был бы больше, чем в плоской Вселенной с преобладанием обычного вещества, для того же самого известного ныне темпа расширения. Более того, этот возраст оказался бы гораздо ближе к значению, которое мы получаем, считая, что за все космическое время темп расширения был постоянным.
Теперь вспомним, что ненулевая энергия пустого пространства должна породить гравитационное отталкивание, такое же, как и от космологической постоянной, а из этого следует, что расширение Вселенной с течением космического времени ускорялось, то есть раньше галактики расходились медленнее, чем сегодня. А это значит, что до своего нынешнего положения они добирались дольше, чем при постоянном расширении. И в самом деле, для ныне определенной постоянной Хаббла самый большой возраст нашей Вселенной (около 20 млрд лет) можно получить, если не только учесть измеренное количество видимого и темного вещества и допустить существование ненулевой космологической постоянной, но и если мы будем вольны подгонять значение этой постоянной под плотность вещества в сегодняшней Вселенной.
В 1996 г. мы с Брайаном Шабойе и нашими коллегами Пьером Демарком из Йельского университета и постдоком Питером Кернаном из Университета Кейз Вестерн Резерв работали над тем, чтобы определить нижний предел возраста самых старых звезд, и у нас получилось около 12 млрд лет. Для этого мы на мощных компьютерах построили модели эволюции миллионов разных звезд и сопоставили их цвет и яркость с реальными звездами, которые наблюдаются в шаровых скоплениях нашей Галактики, потому что давно считалось, что это одни из самых старых ее объектов. При дополнительном предположении о том, что Галактика формировалась около 1 млрд лет, такой нижний предел окончательно перечеркнул вариант плоской Вселенной, где преобладает вещество, и стал доводом в пользу Вселенной с космологической постоянной (один из факторов, повлиявших на выводы нашей с Тёрнером статьи, опубликованной годом раньше), а открытая Вселенная балансировала где-то на грани возможного.
