О происхождении времени. Последняя теория Стивена Хокинга

Чтобы получить представление об их волновой функции Вселенной, взгляните на рис. 23. Это тот же схематический набросок расширяющейся Вселенной, который я приводил на рис. 14 в главе 2, но на этот раз я запустил фильм об этой Вселенной в обратном направлении, против хода времени. Рис. 23 (a) напоминает нам, что произойдет, если мы будем слепо доверять классической теории относительности Эйнштейна: пространство по мере движения в прошлое будет сжиматься и в некоторой точке окажется в состоянии сингулярности с бесконечными плотностью и кривизной, а время исчезнет.

Рис. 23. Классическая и квантовая эволюция расширяющейся Вселенной, представленной здесь одномерной окружностью. Слева (a): в классической теории тяготения Эйнштейна Вселенная рождается в точке сингулярности, в вершине конуса, где кривизна бесконечна и законы физики перестают работать. Справа (b): в квантовой теории Хартла и Хокинга сингулярность замещается гладкой и закругленной чашеобразной поверхностью, в любой точке которой законы физики выполняются.

Но Джим и Стивен утверждали, что в действительности этого не происходит. В их схеме, когда мы переводим часы настолько далеко назад, квантовомеханические эффекты кардинально меняют ход эволюции. Учет этих эффектов должен приводить к тому, что размывание пространства и времени вызовет вращение вертикального направления времени и его частичный переход в дополнительное горизонтальное направление пространства. А это открывает совершенно новую возможность сценария происхождения Вселенной: два пространственных измерения могут в комбинации сформировать гладкую двумерную сферическую поверхность, что-то вроде поверхности земного шара. Такая квантовая эволюция показана на рис. 23 (b). Мы видим, что сингулярность на дне классической Вселенной, беспричинное событие, которое как будто выводит вопрос о начале Вселенной за рамки науки, здесь замещается гладкой закругленной поверхностью: то есть в случае квантового происхождения Вселенной законы физики в момент ее рождения повсюду выполняются.

Идея была в высшей степени оригинальной. Ключевой момент предложения Джима и Стивена заключался в том, что у расширяющейся Вселенной в прошлом не было сингулярности – временное измерение на пути назад, к самому началу, растворяется в квантовой расплывчатости. В основании чаши на рис. 23 (b) время стало пространством. Cтало быть, вопрос о том, что могло быть до этого, теряет смысл. «Спрашивать, что было до Большого взрыва, было бы все равно, что спрашивать, что находится к югу от Южного полюса», – суммировал смысл своей теории Хокинг; говоря о своей квантовой космогонии, он называл эту идею «предложением об отсутствии границы»[104]

.

В рамках гипотезы об отсутствии границы смешиваются два с виду противоречащих друг другу свойства. С одной стороны, прошлое должно быть конечно – время не простирается в обратную сторону без конца. С другой стороны, начала тоже нет – нет первого момента, в который время каким-то образом «включается». Если бы вы были муравьем, ползущим по поверхности, изображенной на рис. 23 (b), в поисках точки происхождения Вселенной – вы не нашли бы ее. Сферическое основание чаши представляет предел времени в прошлом, но оно не отмечает мига творения. В теории отсутствия границы любая попытка наметить точку истинного начала Вселенной обречена на неудачу – эта точка теряется в квантовой неопределенности.

С эстетической точки зрения есть, конечно, что-то привлекательное в том, как гипотеза об отсутствии границы обходит загадку нулевого отсчета времени. Чаша на дне пространства-времени очень смахивает на геометрическую версию «первичного атома» Леметра. Вслед за Гамлетом, который сказал «заключите меня в скорлупу ореха, и я буду чувствовать себя повелителем бесконечности»[105], Хокинг увидел новорожденную Вселенную ядром орешка у себя в руке.

В июле 1983 года Джим и Стивен представили свою рукопись «Волновая функция Вселенной» для публикации в журнале Physical Review. Но судьба работы складывалась трудно. Первый рецензент высказался против публикации на том основании, что авторы вопиюще неверно экстраполировали фейнмановское «суммирование по историям» из квантовой теории на Вселенную в целом. Джим и Стивен попросили повторного заключения. Второй рецензент написал, что согласен с первым: экстраполяция квантовой теории, проделанная авторами, действительно вопиюще неверна. И тем не менее, добавлял он, рукопись следует опубликовать «так как работа весьма оригинальна»[106]. Так и случилось. Спустя пятьдесят лет после того, как в 1931 году Леметр в своем манифесте провозгласил квантовый подход к происхождению времени, этапное открытие Джима и Стивена превратило его прозрение в полноценную научную гипотезу. Введенная ими универсальная волновая функция подняла настоящую волну интереса к квантовым основаниям космологической теории; их работа стала маяком для поисков решения «загадки мирового замысла».