Смычка прошлого и будущего
Существуют разные истории о том, что могло происходить до Большого взрыва, и одну из самых удивительных таких историй рассказывает Пенроуз. Он предполагает, что наш Большой взрыв был всего лишь одним в бесконечном цикле больших взрывов. Такая идея высказывалась и раньше: когда предполагали, что Вселенная окончится «Большим сжатием», казалось логичным считать, что такое сжатие станет «Большим взрывом новой эры».
Но, как мы выяснили на четвертом «рубеже», Вселенная не сжимается, а расширяется со все увеличивающейся скоростью, стремясь к холодному состоянию, в котором не будет ни жизни, ни галактик, ни даже вещества – только световые фотоны. Пенроуз называет это состояние «очень скучной эрой». Поскольку считается, что даже черные дыры, которые поглотят большинство видимых сейчас галактик, испускают излучение, то и они тоже закончатся, исчезнут с прощальным хлопком и оставят после себя Вселенную, полную фотонов и гравитонов, гипотетических безмассовых частиц, которые считают переносчиками гравитационного взаимодействия.
Пенроуз признавал, что такое видение будущего Вселенной его несколько угнетало: «Боже мой, неужели нас ждет именно это!» Но потом ему в голову пришел вопрос о том, кто сможет наблюдать это состояние «всепоглощающей финальной скуки». Уж точно не мы. Скучать придется только тем же фотонам и гравитонам, которые одни и останутся во Вселенной.
Но фотон, как выясняется, не имеет понятия о времени. Он существует в безвременной среде. Теория относительности утверждает, что при приближении к скорости света время замедляется, так что при ее достижении часы и вовсе останавливаются. Но погодите. Свет распространяется со скоростью света. Это значит, что для фотона время не существует. Более того, в сценарии Пенроуза, в котором все массивные частицы должны распасться на безмассовые фотоны или гравитоны, не остается вообще ничего, что могло бы отмечать течение времени, ничего, из чего можно было бы сделать часы. Точно так же, поскольку время необходимо для измерения пространства, в такой будущей Вселенной исчезнет и всякая возможность исчисления и измерения расстояний – понятия большого и малого утратят смысл.
Вместо того чтобы поддаться пессимизму, Пенроуз увидел в этой картине новые возможности. Не правда ли, все это чрезвычайно похоже на состояние Вселенной сразу после Большого взрыва? Вселенная, полная энергии, в которой еще не сформировалось никакой материи. Конечно, для образования условий Большого взрыва такая энергия должна была быть сконцентрирована в бесконечно малой области. Но если во Вселенной исчезли все масштабы, то не могут ли условия такого конца нашей Вселенной быть отправной точкой нового Большого взрыва, порождающего вселенную, которая заново установит масштабы и сконцентрирует энергию для нового начала?
На самом деле эти два сценария – Вселенная, заканчивающая свое существование скучной тепловой смертью, и Вселенная, начинающаяся с захватывающего Большого взрыва, – можно элегантно объединить в один, подобно двум пейзажам с совпадающими краями, которые образуют один общий пейзаж. Для сшивания этих сценариев нужно, чтобы в конце одной Вселенной происходило сжатие, а в начале следующей – расширение, так, чтобы они могли быть соединены и плавно перетекали друг в друга. Холодные и далеко разбросанные фотоны становятся фотонами горячими и тесно сгруппированными, которые и запускают новый Большой взрыв.
Теория Пенроуза небесспорна, и мне не удалось найти много ученых, которые видели бы в ней нечто большее, чем хитроумную математическую идею. И все же, когда Пенроуз впервые показал, что математика общей теории относительности предсказывает существование в пространстве-времени сингулярностей, эта идея также была отвергнута многими как физически невозможная. Его нынешняя теория временных циклов может оказаться ошибочной, но мне кажется замечательным случай ученого, который меняет свою точку зрения на возможность исследования времени до Большого взрыва.
Изменение масштаба Вселенной в конце одного эона к началу следующего позволяет плавно переходить от эона к эону
Пенроуз называет период между двумя большими взрывами эоном, и наш эон – лишь один из, возможно, бесконечного множества эонов, предшествовавших нашему и следующих за ним.
Одна из наиболее существенных проблем этой модели, как и многих других циклических моделей, связана со вторым началом термодинамики. Как энтропия возвращается на такой низкий уровень, что второе начало термодинамики может заново начинать работать в каждом следующем эоне?
Сингулярность Большого взрыва есть состояние чрезвычайно низкой энтропии. По мере эволюции Вселенной энтропия возрастает – как можно обеспечить гладкий переход в новый эон со сбросом накопленной энтропии? Именно поэтому Пенроузу не понравилось, что Хокинг признал свое поражение в пари о черных дырах. С точки зрения Пенроуза, черные дыры представляют собой механизм снижения энтропии. Вся энтропия, попадающая в черную дыру, утрачивается или вычитается из системы, так что к концу эона мы снова имеем низкую энтропию, потому что вся информация уже утрачена во множестве черных дыр, населяющих Вселенную. Таким образом и устанавливаются условия, необходимые для следующего Большого взрыва.
Даже если эта теория справедлива, как мы можем добраться до периода, предшествовавшего нашему собственному Большому взрыву, чтобы проверить ее или другие теории на этот счет? Остается ли период «до Большого взрыва» запретной зоной? Пенроуз так не думает. Раз совмещаемые пейзажи должны соответствовать друг другу, события предыдущего эона должны оказывать влияние на наш. Пенроуз считает, что столкновения черных дыр на заключительных этапах предыдущего эона должны были создать гравитационную рябь, которая перешла в наш эон. Он приводит в пример картину пруда, в который бросили множество камешков. После того как черные дыры – или камешки – исчезают из виду, на пруду остается узор из ряби, образованный при взаимодействии кругов, расходящихся от этих камешков.
Пенроуз полагает, что такую рябь можно искать в реликтовом излучении – излучении, оставшемся после Большого взрыва, с которого началась наша Вселенная. Хотя флуктуации этого излучения кажутся случайными, возможно, некоторые из них появились в результате столкновений черных дыр, происходивших в конце предыдущего эона.
Проблема состоит в том, что анализировать реликтовое излучение исключительно трудно – в частности, потому что его очень мало. Это может показаться чрезвычайно странным, учитывая, что оно образует поверхность сферы, охватывающей всю наблюдаемую Вселенную. И тем не менее, если пытаться изучать участки этой сферы, окружающей Вселенную, и взять, скажем, сектор этой сферы размером в 10°, то еще не рассмотренные объекты очень быстро заканчиваются. Хотя многие сомневаются в том, что свидетельства существования предыдущих эонов можно найти в нашем собственном эоне, сама мысль о такой возможности открывает весьма захватывающие перспективы. Может быть, ответ на вопрос о том, что происходило до Большого взрыва, все-таки не настолько невозможен, как нам казалось!
Я зашел к Пенроузу, оксфордский кабинет которого расположен этажом ниже моего, чтобы узнать, что он думает о возможности познания происходившего до Большого взрыва. Пенроузу сейчас за восемьдесят, и он являет собой прекрасный пример неутолимой жажды знаний. Исходя из того, что он когда-то написал книгу с подзаголовком «Законы, управляющие Вселенной. Полный путеводитель»[100], можно было бы предположить, что, по его мнению, он знает все. Но Пенроуз продолжает задавать все новые и новые вопросы.
– Когда-то я утверждал, что Большой взрыв был сингулярностью, а потому понятие времени до Большого взрыва не имеет смысла. «До» – бессмысленное понятие. Перестаньте задавать этот вопрос. Я слышал, как Стивен Хокинг просил его не задавать, и я был с ним согласен. Но теперь я считаю, что на самом деле этот вопрос задавать можно.
Значит ли это, что Пенроуз думает, что не было вообще никакого начала?
– Я думаю, что есть бесконечная последовательность эонов.
Я спросил его, можно ли считать эту тему примером того, чего мы знать не можем. В конце концов, бесконечность обычно считается в физике запретной зоной.
– Возможно, мы сумеем усовершенствовать свои технологии и заглянуть на несколько эонов назад. Но вернуться к самому началу всех эонов? Ну, это вполне кандидат на роль непознаваемого. Говорят, что бесконечность непознаваема, но математики все время ее используют. И чувствуют себя совершенно как дома. Ну, не совершенно, но почти.
Когда я спросил Пенроуза, существуют ли, по его мнению, вопросы, на которые невозможно ответить по самой их природе, он дал типично осторожный ответ.
