Куда течет река времени

Новиков Игорь Дмитриевич

На нас набросились философы, а также функционеры, считавшие своим «долгом» это сделать. Хорошо еще, что положение Я. Зельдовича — академика, трижды Героя Социалистического Труда — не позволило ревнителям «чистоты» диалектического материализма сделать более серьезные выводы. Но, конечно, никакими запретами и запугиваниями нельзя остановить развитие науки. После многочисленных исследований за последние четверть века вопрос о самом начале расширения и проблема «Что было до того?» постепенно проясняются.

Как уже было сказано, расширение, вероятно, началось со сверхплотного вакуумноподобного состояния и огромной температуры. Здесь искривленность пространства-времени и описываемые им приливные силы столь же велики, как и в сингулярности

в черной дыре. Сингулярность (ее называют космологической) в начале расширения Вселенной во многом похожа на сингулярность внутри черных дыр. Но имеются и существенные отличия. Во-первых, космологическая сингулярность относится ко всей Вселенной, а не к какой-то части вещества, как в случае черных дыр. Во-вторых, она лежит не в конце процесса сжатия (как сингулярность в черных дырах), а в начале процесса расширения.

Последнее особенно существенно. Сингулярность черных дыр мы снаружи (извне черной дыры) увидеть не можем, она никак не влияет на события во Вселенной вне черной дыры. (Это обстоятельство было названо английским физиком-теоретиком Р. Пенроузом принципом космической цензуры.) Космологическая сингулярность, наоборот, явилась истоком всех процессов в расширяющейся Вселенной. Все, что мы видим сегодня, является следствием сингулярности. В этом смысле мы можем изучать космологическую сингулярность по наблюдаемым ее последствиям, можем ее «видеть».

Советские физики В. Белинский, Е. Лифшиц и И. Халатников нашли самые общие решения уравнений, описывающие возможное движение вещества вблизи сингулярности. К космологической сингулярности применимо все то, что мы говорили о сингулярности в черных дырах. Что было до сингулярности? Было ли сжатие всего вещества и текло ли обычное время или нет?

Окончательного ответа на эти вопросы пока нет. Но большинство специалистов считают, что никакого сжатия не было и космологическая сингулярность является истоком реки времени в том смысле, как сингулярность в черных дырах является концом «ручейков времени». Это означает, что в космологической сингулярности время тоже распадается на кванты, и, возможно, сам вопрос: «Что было до того?» — теряет смысл.

Здесь у исследователей пока очень много неясностей. Вероятно, вблизи сингулярности, в масштабах квантов времени и пространства, о которых мы упоминали выше, существует своеобразная «пена» квантов пространства-времени, как говорят, происходят квантовые флуктуации пространства и времени. Рождаются и тут же исчезают маленькие «виртуальные» замкнутые миры и виртуальные черные и белые дыры. Это микроскопическое «кипение» пространства-времени в некотором отношении аналогично рождению и умиранию виртуальных частиц, о которых мы говорили, описывая квантовую природу вакуума.

Напомним еще, что при рассматриваемых больших энергиях в очень малых масштабах, возможно, пространство имеет не три, а больше измерений. Эти дополнительные измерения так и остаются скрученными, «скомпактифицированными». А в трех пространственных измерениях Вселенная расширяется, превращаясь в «нашу Вселенную».

Ну a что можно сказать о времени? Возникло ли наше время вместе с началом расширения Вселенной или Вселенной еще не было, а время уже существовало? Любопытный разговор об этом состоялся у меня осенью 1988 года с двумя известными учеными — уже знакомым нам физиком Р. Руффини и директором Ватиканской обсерватории Дж. Коэном.

Читателя не должно удивлять ни то, что в Ватикане есть астрономы, занимающиеся самыми современными проблемами астрофизики, ни то, что мы встречаемся с ними и обсуждаем многие вопросы. Один из самых известных космологов, бельгиец Дж. Леметр, много сделавший для развития теории Фридмана и связавший ее с астрономическими наблюдениями, был в 1960–1966 годах президентом Папской академии наук в Ватикане.

Современный мир сложен и многообразен, он становится все более открытым и взаимосвязанным.

В наше время папа Иоанн-Павел II активно выступает за всеобщий мир. Пару лет назад он принял представителей астрономии и исследователей космического пространства и произнес речь. Я чувствовал себя несколько необычно, находясь в зале приемов в Ватикане, когда его слушал. В речи высказывалась необходимость мирного исследования космоса, единения всех людей и необходимость дальнейшего успешного развития науки. Сложное переплетение чувств, эмоций, знаний и веры вызвала эта речь. Было осознание того, что этот многоликий мир, полный противоречий, в том числе и противоречий идейных, может жить в ладу и развиваться, если над всем главенствует разумный подход и мудрые личности осуществляют волю людей. Насколько я знаю, мои коллеги испытывали подобные же чувства.

Когда мы встретились в Москве с Дж. Коэном, я решил спросить его, что он думает о понятии времени, почему оно направленно течет от прошлого к будущему. Я не был удивлен тем, что вопрос его несколько смутил: смущаются почти все, кого спрашиваешь об этом. Это действительно один из самых простых «детских» вопросов, на которые особенно трудно отвечать (см. главу «Вместо предисловия»). После короткой паузы он заметил, что он, конечно, может сказать общеизвестные истины из физики, которые наверняка мне известны (о некоторых из них мы дальше поговорим), но хотел бы обратить мое внимание на мысли философа святого Августина о времени. Одно высказывание этого философа я уже приводил в конце первой главы. Дж. Коэн напомнил, что Августин настойчиво подчеркивал мысль о возникновении времени вместе с Вселенной. Поэтому вопрос о том, что было до возникновения Вселенной, бессмыслен, ибо не было этого «до того», не было самого времени. Это очень глубокое замечание.

С сегодняшней точки зрения мы должны сказать, что время в сингулярности в корне меняет свои свойства, и начало расширения мира есть исток нашего непрерывного потока времени. Можем ли мы сказать что-либо еще о сверхплотном сингулярном состоянии?

Американский физик Дж. Уилер последние тридцать лет настойчиво подчеркивает принципиальную важность квантовых флуктуаций свойств пространства-времени, которые должны иметь место в таком необычном состоянии. Здесь пространство-время, как мы знаем, представляет собой «дышащую» пену из возникающих и тут же пропадающих черных и белых дыр, очень маленьких замкнутых мини-вселенных и еще более сложных топологических структур. В последние годы советские физики А. Линде и А. Старобинский развили эти представления в рамках современной физики и космологии.

Советский физик А. Линде, о котором мы уже говорили, последние пятнадцать лет настойчиво работает над проблемой космологической сингулярности. Его идеи смелы и оригинальны. У меня буквально дух захватило, когда он впервые рассказал мне о своей новой теории сингулярного состояния и современной структуры Вселенной.

Согласно нарисованной им картине подавляющая часть физического пространства-времени находится в состоянии «квантовой пены» с плотностью, близкой к начальной огромной плотности. В возникающих из нее «пузырях» происходят квантовые флуктуации, и в то же время они раздуваются из-за гравитационного отталкивания вакуумноподобного состояния, которое там имеется. Большая часть объемов пузырей из-за флуктуаций тут же возвращается в состояние «пены». В малой же части объема продолжается раздувание, сопровождающееся квантовыми флуктуациями плотности вакуумноподобного состояния. Очень малая доля первоначального объема после длинной цепочки случайных флуктуаций может существенно уменьшить свою плотность. Теперь амплитуда квантовых флуктуаций не так велика, как раньше. Эти объемы продолжают систематически раздуваться, как было описано в начале данного раздела, превращаясь после распада вакуумноподобного состояния в горячие вселенные. Временные масштабы всех этих процессов, как помнит читатель, ничтожно малы.