Кратчайшая история Вселенной. От Большого взрыва до наших дней (в сверхдоступном изложении): читать начало книги онлайн

Однако название «Мультивселенная» терминологически ошибочно: это все та же Вселенная, просто с различными образованиями – или пятнами от кофе на столе, – действующими по разным физическим законам. Существует почти бесконечное число вариантов физических законов (10⁵⁰⁰, или почти в шесть раз больше, чем число атомов в наблюдаемой Вселенной), и каждая из систем физических законов способна дать множество различных исторических результатов. Соответственно, если гипотеза верна, существует другая «вселенная», где вы читаете это предложение на полторы секунды раньше. Есть и такая вселенная, в которой вы вообще не родились. Возможна еще одна вселенная, в которой нет звезд. Существует вселенная, в которой не было Второй мировой войны. Может существовать такой мир, где ваше лицо похоже на сахарную вату, а тропинка – на пиццу. Возможны все варианты, которые вы только способны вообразить, и даже больше.

Если эта гипотеза верна, мы сможем подтвердить ее, когда свет ближайших других «вселенных» (если там есть такая штука, как свет) наконец дойдет до нас…

…примерно через 3 триллиона лет.

Если попытка представить себе, как зародилась наша Вселенная, вызывает у вас головную боль, это не ваша вина. Люди, в том числе наш мозг и восприятие, развивались в условиях более старой Вселенной с фиксированными правилами, и именно поэтому нам не просто осознать событие, которое предшествовало созданию интуитивно понятной нам физики. Мы эволюционировали, чтобы инстинктивно понимать мир в достаточной для выживания нашего вида степени: то, что поднимается вверх, должно опускаться вниз; причина и следствие; куры появляются из яиц, а яйца производят куры. Все остальное требует немного больше времени и размышлений.

Представьте себе пятнышко, крошечное пятнышко – это уникальный облик Большого взрыва 13,8 миллиарда лет назад со скоростью 10^–43 секунды. Вся энергия и материя были заключены в этом пятнышке – все составляющие для продолжения нашей истории. Не пытайтесь представить, что за пределами пятна есть какое-то пространство. Пространство является свойством нашей Вселенной и существует исключительно внутри ее. По мере расширения Вселенной создается больше пространства. За пределами пятна не воображайте даже кромешную тьму, какую мы видим ночью между звездами, – это тоже пространство. В момент Большого взрыва не возникло ничего, кроме самого пятнышка.

Просто возьмите лист бумаги и ручку, затем поставьте в центре листа маленькую точку. Потом возьмите ножницы и отрежьте всю бумагу за пределами точки. У вас получится ранняя Вселенная – изначальный атом, содержащий все время, пространство и энергию, выросший в столешницу, которая продолжает расширяться по сей день.

До Большого взрыва времени не существовало, следовательно, не было никакого «до» Большого взрыва. Это все равно что утверждать, что вы познакомили друг с другом своих родителей: полная бессмыслица.

Пространства до Большого взрыва тоже не существовало. Не было пространства, где что-либо могло произойти, как не было и времени для того, чтобы это произошло. После Большого взрыва Вселенная расширилась от микроскопических размеров до нынешних 93 миллиардов световых лет (и продолжает расти). Пространство возникло после Большого взрыва, как и время. Если нет пространства для движения, то нет пространства и для изменения. Соответственно, если нет изменений, то нет ни событий, ни истории. Нет ничего, что можно было бы измерить временем хоть сколько-нибудь.

Таким образом, до Большого взрыва не было ни пространства, ни изменений, ни «вещей», которые бы двигались и трансформировались, – совершенно ничего. Если бы что-то существовало до Большого взрыва, оно вело бы себя совершенно чуждо человеку и фундаментальным законам самой Вселенной в том виде, в котором мы знаем ее сейчас. Оно существовало бы вне последовательности причины и следствия – прошлого, настоящего и будущего.

Следовательно, наша история начинается с Большого взрыва.

Впитавшаяся в плоть и кровь человеческая логика диктует: если вы что-то строите, должны быть строительные материалы, которые сами по себе тоже из чего-то состоят. Именно к этому сводится первый закон термодинамики: материя и энергия не возникают и не исчезают, они просто меняют форму. Тем не менее Вселенная, судя по всему, появилась из ниоткуда.

Однако в момент Большого взрыва Вселенная была настолько немыслимо горячей (142 нониллиона градусов по Кельвину), что ее физические законы еще не существовали, в том числе и первый закон термодинамики, и общее представление о том, что нечто должно складываться из чего-то другого.

Более того, Большой взрыв в 10–43 секунды был настолько мал по размеру, что находился в квантовой системе, где все работает иначе. Маленькие импульсы энергии, известные как виртуальные частицы, в квантовом масштабе постоянно появляются и исчезают. Сейчас так происходит между атомами, из которых состоит ваша кожа, – появляются и исчезают словно из ниоткуда. Такова установившаяся физика внутри нашей Вселенной, соответственно, «нечто из ничего» на самом деле не является таким уж немыслимым утверждением для начала космоса. Вероятно, что наша Вселенная возникла подобно виртуальным частицам.

Есть также предположение, что до появления времени не существует обычной причинно-следственной связи, в условиях которой эволюционировали люди и которую они ожидают видеть. Нет физического закона, обязывающего Вселенную возникнуть из чего-то другого.

Кроме того, мы, люди, не знаем, что такое «ничто» – помимо тех значений, которые сами вложили в это понятие. Проще говоря, для нас «ничто» означает отсутствие чего-то конкретного. Понятие «ничто» работает примерно в таком контексте: у меня нет «ничего» в моей кружке и «ничего» в моем кошельке, чтобы купить еще одно пиво. Однако в рамках точной физики не может существовать «абсолютно ничего» где-либо во Вселенной, даже в самых дальних областях космоса. Везде во Вселенной есть либо «вещество» – звезды, планеты, газ – либо по крайней мере слабый гул излучения. В вашем кошельке может не быть денег, но в нем есть воздух, банковская карта, несколько корешков от старых билетов, пыль, а может, и дохлая муха. Ученые даже не в состоянии произвести искусственное пространство, в котором действительно ничего нет. Физически невозможно создать так называемый «вакуум с нулевой энергией» или пустоту, в которой нет излучения. Так где же на самом деле существует «ничто»? Похоже, что мы его просто придумали.

Поскольку в нашей Вселенной «ничто» физически невозможно, мы делаем большое допущение и логический скачок, предполагая, что «до» Большого взрыва существовало «ничто» (понятие, придуманное людьми, которое они не могут смоделировать). По сути дела, ошибочна сама грамматика этого суждения. У нас нет причин ожидать, что «ничто» как понятие действительно существует где-то за пределами Вселенной и что оно предшествовало Большому взрыву, когда время еще не существовало. Говоря «нечто из ничего», мы делаем гигантское допущение, на которое не имеем права ни с научной, ни с логической точки зрения.

Нам следует забыть некоторые свои основополагающие понятия, чтобы осмыслить базовые процессы первозданной Вселенной без тех правил, по которым она живет сейчас. Мозг приматов отталкивает идеи, которые нам не требовалось понимать, чтобы выжить и развиваться. Наш мозг так устроен. Это все равно что пытаться отправить другу сообщение с помощью тостера.

Если вас захлестнула волна экзистенциального беспокойства и неудовлетворенности по поводу загадок Большого взрыва, подумайте вот о чем:

1. Еще шестьдесят лет назад мы не были уверены даже в том, что Большой взрыв был. Представьте себе, сколько ответов на вопросы о зарождении Вселенной мы найдем еще через 100 или 1000 лет научных изысканий.

2. Поскольку ответы на эту загадку заведомо непостижимы для нашего мозга примата и лежат за пределами фундаментальной физики нашей Вселенной, то они (когда мы их получим) могут показаться нам тарабарщиной. Возможно, эти ответы вопреки нашим ожиданиям не заполнят эмоциональную и философскую пустоту, не утолят жажду поиска смысла.

3. Возможно, мы не там ищем удовлетворения, когда обращаемся за ним к началу истории. Наверное, если хочется прибавить смысла собственной жизни, нам нужно смотреть на настоящее или даже думать о том, каким мы хотим видеть конец истории. В собственной жизни мы по крайней мере в некоторой степени контролируем свою судьбу. Если человечество продолжит существовать, наша наука и технологии будут развиваться, общая сложность возрастет, – кто знает, насколько титаническое влияние мы будем оказывать на историю через тысячу, миллион или миллиард лет?

Философское удовлетворение и экзистенциальная осмысленность часто возникают не из зацикленности на собственных детских травмах или на том, что происходило в мире до нашего появления, а из добрых дел и достойного использования отпущенного нам времени. Если самые первые мгновения существования Вселенной что-то и доказывают, так это то, что на первый взгляд крошечные изменения могут сыграть огромную роль в структуре космоса.

2

Звезды, галактики и усложнение структур

Как мы уже описали, через 10^–43 секунды после Большого взрыва Вселенная стремительно расширилась от размера квантовой частицы до объема грейпфрута. Для сравнения: если бы расширение продолжилось с прежней скоростью, то грейпфрут вырос бы до размеров нынешней Вселенной за доли секунды, а не за 13,8 миллиарда лет. В течение той первой доли секунды в распределении энергии образовались крошечные неравномерности. В отдельных точках, рассыпанных по космическому грейпфруту, было немного больше энергии, в отличие от почти равного ее распределения в остальной части Вселенной. Именно эти крохотные точки с чуть большим количеством энергии породили звезды, галактики, планеты и дали старт усложнению структур, которое формирует нашу историю. Без этих неравенств во Вселенной не началось бы усложнение, и наша книга оказалась бы значительно короче.

Когда энергия в тех точках сгустилась в субатомные частицы, возникла первая материя, и Вселенная продолжила расширяться и остывать.

Наполненная газовым облаком из водорода и гелия Вселенная по мере расширения достигла температуры чуть выше абсолютного нуля и находится в этом состоянии по сей день. Подавляющая часть пространства с того момента осталась простой и холодной – не было тепла для формирования более сложных структур, чем водород и гелий. Это пространство в основном заполнялось лишь слабым излучением. Только в крошечных областях, где царило неравенство в материи и энергии, температура начала расти.

©Aira Pimping

В течение миллионов лет огромные облака водорода и гелия плыли во все расширяющемся космосе. Среди этого мрака было не так уж много чего-то еще, и Вселенная казалась довольно однородной: скучное мертвое пространство без особых перемен и истории.

В течение 50–100 миллионов лет после Большого взрыва (или примерно столько времени, сколько отделяет нас от тираннозавров), гравитация сжимала газообразные водород и гелий во все более плотные облака. В конце концов давление в центре облаков стало настолько сильным, что атомы водорода столкнулись друг с другом, и их ядра слились. Другими словами, давление преодолело обычное ядерное отталкивание, сохраняющее атомы отдельно друг от друга. Слияние ядер (тот же процесс, что приводит к взрыву водородной бомбы) породило мощный выброс энергии, и облака внезапно превратились в гигантские огненные шары, генерирующие тепло и отправляющие его во Вселенную в качестве энергии. Так родились первые звезды. Процесс слияния ядер водорода продолжался до тех пор, пока оставался газ, который звезды могли поглощать.