Вселенная Стивена Хокинга

Работа с инфляционными моделями показала, что современное состояние Вселенной могло быть продуктом ряда самых разных начальных конфигураций. Это важно – ведь, как следствие, начальное состояние части Вселенной, которую мы занимаем и наблюдаем, не нужно было тонко настраивать и тщательно подбирать. Так что мы можем, если пожелаем, применить слабый антропный принцип, чтобы объяснить, почему Вселенная именно такая, какой мы ее видим сегодня. Но разумеется, было бы неверно утверждать, что любая начальная конфигурация должна эволюционировать во вселенную, подобную нашей. Для примера стоит рассмотреть совершенно другое состояние современной Вселенной – клочковатое и неоднородное. Используя законы физики, нам под силу просчитать эволюцию такой вселенной назад во времени и определить ее конфигурацию в более ранние эпохи. Согласно теоремам о сингулярности классической общей теории относительности у истоков такой вселенной вполне могла стоять сингулярность типа Большого взрыва. Если рассчитать эволюцию такой вселенной вперед по времени в соответствии с известными законами, получатся заданные клочковатость и неоднородность. Таким образом, начальные конфигурации, не ведущие ко вселенной, похожей на нашу, должны были существовать. Стало быть, даже инфляционная модель не позволяет понять, почему начальная конфигурация не смогла породить нечто, отличное от наблюдаемой нами Вселенной. Следует ли обратиться к антропному принципу за объяснением? Неужели это все счастливое стечение обстоятельств? Это был бы ответ отчаявшегося, оставившего всякую надежду понять порядок, лежащий в основе космоса.

Чтобы установить, как началась Вселенная, нужно знать законы, действовавшие в начале времен. Если классическая общая теория относительности верна, то, согласно доказанным Роджером Пенроузом и мною теоремам, начало времен – это точка с бесконечной плотностью и бесконечной кривизной пространства-времени. В такой точке никакие известные физические законы не действуют. Можно предположить, что в сингулярностях действовали новые законы, но чрезвычайно сложно даже сформулировать организующие принципы для этих патологических точек, тем более что мы не располагаем наблюдательными данными, которые могли бы указать нам путь. Однако теоремы о сингулярностях действительно утверждают, что гравитационное поле становится настолько сильным, что важно учитывать эффекты квантовой механики: классическая теория уже не годится для описания Вселенной. Посему для описания самых ранних этапов эволюции Вселенной необходима квантовая теория гравитации. Как будет видно дальше, квантовая теория гравитации предполагает, что обычные законы физики действуют везде и всегда, включая начало времен: совсем необязательно формулировать новые законы для сингулярностей, потому что в квантовой теории можно обойтись без сингулярностей.

Полная и непротиворечивая теория, которая бы объединяла квантовую механику и гравитацию, пока еще не создана. Но мы уже знаем некоторые свойства, которыми она должна обладать. В частности, это применимость предложенной Фейнманом формулировки квантовой теории через суммы по траекториям. Этот подход предполагает, что у частицы не одна-единственная траектория в пространстве-времени – как в случае классической, неквантовой теории: частица, напротив, движется в пространстве-времени всеми возможными путями, и каждый ее путь определяется парой чисел – амплитудой, то есть размахом волны, и положением волны в цикле (фазой). Вероятность, что частица пройдет через заданную точку, рассчитывается суммированием волн, соответствующих всем проходящим через эту точку траекториям. Правда, реальные попытки вычислить суммы связаны с серьезными техническими проблемами. Единственный способ обойти их состоит в следующем: нужно суммировать волны, связанные с траекториями частицы, не в действительном, реальном времени, которое ощущаем мы с вами, а в так называемом мнимом времени. Мнимое время может показаться чем-то фантастическим, но в действительности это строгое математическое понятие. Если умножить обычное (действительное) число само на себя, мы получим положительное число (например, 2 × 2 = 4 и –2 × –2 = 4). Однако есть особые числа (называемые мнимыми), которые при умножении на себя дают отрицательное число. (Так, число i

, умноженное на себя, равно –1, число 2i, умноженное на себя, равно –4 и т. д.).

Действительные и мнимые числа можно вообразить себе следующим образом. Действительные числа представлены линией, идущей слева направо: нуль расположен в середине, отрицательные числа, вроде –1, –2 и т. д., – слева, а положительные числа, такие как 1, 2 и т. д., – справа. Мнимые числа представлены линией, идущей снизу вверх, и числа i, 2i

и т. д. расположены выше середины, а числа – i, –2i и т. д. – ниже середины. Таким образом, мнимые числа можно рассматривать как действительные числа, повернутые на прямой угол.