Удивительные числа Вселенной. Путешествие за грань воображения

При таком огромном количестве энергии в пустом пространстве Вселенная, подчиняющаяся законам Эйнштейна, была бы раздавлена собственным весом. Мир не только «не доходил бы до Луны», как сказал Паули, он даже не добрался бы до размера атома. Он оказался бы разорванным пространством-временем, свернутым и искривленным, простирающимся во всех направлениях чуть больше, чем на планковскую длину.

Эйнштейн объяснил нам, что на самом деле притягивает энергия, а не масса. Фотон от далекой звезды, двигающийся мимо Солнца, изгибает свою траекторию. Солнце притягивает не его массу, потому что у фотона ее нет. Оно притягивает его энергию. В мире Эйнштейна все формы энергии танцуют гравитационный вальс. Танцевать должны все: Солнце, планеты, вы, я, инопланетный барсук, левиафаны черных дыр и даже сам вакуум.

Энергия вакуума вездесуща, неизменна в пространстве и во времени. Вот почему ее иногда называют космологической постоянной[141]. Как и любая энергия, она искривляет пространство-время, в котором живет. Когда энергия положительна, вокруг каждого из нас формируется деситтеровский горизонт; как мы видели в главе «Число Грэма», он представляет собой границу того, что мы когда-либо можем надеяться увидеть. Чем больше энергии скрыто в вакууме, тем ближе этот горизонт и тем меньше наш мир. Если бы мы оценили энергию вакуума с помощью пазла из фрагментов того размера, что выбрал Паули, этот горизонт оказался бы примерно в 237 километрах. Мир не достал бы не только до Луны, но даже до Международной космической станции. По мере того как мы улучшаем нашу оценку (делаем кусочки пазла все меньше), горизонт приближается. Для кусочков пазла размером с планковскую длину горизонт находится прямо перед вами, примерно на расстоянии планковской длины. Это Вселенная, побежденная пустотой, раздавленная и смятая под тяжестью этого ничто.

Это не наша Вселенная.

Оглядитесь. Горизонт нашей Вселенной вовсе не рядом с вами. Как мы видели в главе «Число Грэма», он расположен невообразимо далеко, почти в триллионе триллионов километров. Наша Вселенная медленно ускоряется, что-то невидимое раздвигает далекие галактики. Мы называем это темной энергией, но это всего лишь термин. У физиков есть популярная гипотеза, что это давление вакуума – энергия нулевой точки, скрытая в пустом пространстве. Однако это давление чрезвычайно слабое. Чтобы соответствовать скорости, с которой далекие галактики удаляются от нас, энергия пустоты должна быть распределена довольно экономно – менее триллионной доли джоуля на каждый литр пространства. Совершенно не похоже на те оценки пазла, которые мы сделали с помощью квантовой теории. Кофейная чашка, наполненная настоящим вакуумом, не содержит достаточно энергии, чтобы уничтожить планету или вскипятить океаны. В реальности вам понадобится энергия не менее 10 000 чашек только для того, чтобы раздавить мимариду, а она, как вы помните, самое маленькое насекомое в мире.

Это смущает.

Квантовую теорию поля – микроскопическое описание частиц и полей – часто называют самой точной теорией в истории человечества, и не без оснований. Некоторые из ее предсказаний (например, так называемый аномальный магнитный момент электрона) были проверены и подтверждены с точностью до одной триллионной. Но, скажем, истинное значение плотности энергии вакуума составляет 10^–120 от той величины, которую предсказывает эта замечательная теория. Если бы вы записали 10^–120 как десятичную дробь, она выглядела бы примерно так:

0,000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001

Как мы знаем, такое расхождение между ожиданием и реальностью не может появиться в природе без очень веской причины. Так почему же оно появилось? Наша великолепная лучшая теория предсказывает вакуум, каждый литр которого наполнен гуголом гигаджоулей энергии, а природа говорит нам, что там едва ли наберется пикоджоуль. Это самый неточный прогноз во всей физике. Конечно, мы должны быть благодарными такой ситуации. Если бы наши прогнозы оказались верными, Вселенная была бы согнута и сломана гравитацией, превратившись в космического карлика, имеющего ничтожную протяженность в пространстве и времени и не способного поддерживать звезды и планеты, которые необходимы для существования разумной жизни. Однако наши прогнозы не оправдываются. Нам посчастливилось жить в огромной и старой Вселенной, где энергия вакуума составляет 10^–120 от ожидаемой, где есть крошечное число, которое мы просто не понимаем.