Стівен Вільям Хокінг - Коротка історія часу

який він є. Не зрозуміло, який сенс можна надати іншим історіям, в яких ми не існуємо. Цей погляд з позиції квантової теорії гравітації, однак, буде значно задовільніший, якщо можна було б показати, використовуючи суму за історіями, що наш Всесвіт не просто одна з можливих історій, а й одна з найімовірніших. Для цього нам потрібно обчислити суму за історіями для всіх можливих евклідових просторів-часів, що не мають меж.

З пропозиції «без меж» виявляємо, що шанс існування Всесвіту відповідно до більшості можливих історій нехтовно малий, але є окрема сім’я історій ймовірніша за інші. Ці історії можна зобразити, як щось схоже на поверхню Землі, де відстань від Північного полюса відображає уявний час, а розмір кола на сталій відстані від Північного полюса — просторовий розмір Всесвіту. Всесвіт починається на Північному полюсі як єдина точка. Якщо рухатися на південь кола широти на сталій відстані від Північного полюса стають більшими, що відповідає розширенню Всесвіту з уявним часом (рис. 8.1). Всесвіт досягне максимального розміру на екваторі і стягуватиметься зі збільшенням уявного часу в єдину точку на Південному полюсі. Навіть при тому, що Всесвіт матиме нульовий розмір на Північному та Південному полюсах, ці точки не будуть сингулярностями, так само як не сингулярні Північний і Південний полюси Землі.

Рис. 8.1.

Історія Всесвіту в реальному часі, однак, виглядатиме зовсім інакше. Приблизно десять чи двадцять мільярдів років тому, він мав мінімальний розмір, що дорівнював максимальному радіусові історії в уявному часі. Пізніше в реальному часі Всесвіт розширюватиметься подібно до хаотичної інфляційної моделі, запропонованої Лінде (але тепер не треба припускати, що Всесвіт був створений у якомусь правильному стані). Всесвіт розширюватиметься до дуже великого розміру (рис. 8.1) і зрештою сколапсує знову в те, що виглядає як сингулярність у реальному часі. Тому, у певному сенсі, ми всі приречені, навіть якщо будемо триматися подалі від чорних дір. Сингулярностей не буде, лише якщо ми зможемо представити Всесвіт в термінах уявного часу.

Якщо Всесвіт справді перебуває в такому квантовому стані, тоді не буде сингулярностей в історії Всесвіту в уявному часі. Тож може здатися, що моя пізніша робота повністю перекреслила результати моєї ранішої роботи з сингулярностей. Але, як вказано вище, справжня важливість теорем про сингулярність у тому, що вони показали, що гравітаційне поле повинно стати таким потужним, що квантові гравітаційні ефекти не можна буде ігнорувати. Це, своєю чергою, привело до ідеї, що Всесвіт може бути скінченний в уявному часі, але без меж чи сингулярностей. Однак якщо повернутися до реального часу, в якому ми живемо, там, як і раніше, з’являться сингулярності. Бідолашний астронавт, який падає в чорну діру все ще кепсько закінчить; тільки якщо житиме в уявному часі, він не зіткнеться з сингулярностями.

Це може означати, що так званий уявний час є насправді реальний час, а те, що ми називаємо реальним часом лише плід нашої уяви. В реальному часі Всесвіт має початок і кінець у сингулярностях, що створюють межу простору-часу, і в яких закони науки перестають працювати. Але в уявному часі нема сингулярностей чи меж. Тож можливо, те, що ми називаємо уявним часом, насправді базовіше, а те, що ми називаємо реальним — просто ідея, яку ми винайшли, щоб допомогти собі описати, як, на нашу думку, виглядає Всесвіт. Але згідно з підходом, описаним в 1 розділі, наукова теорія — просто математична модель, яку ми створюємо, щоб описати наші спостереження: вона існує лише в нашому розумі. Тож нема сенсу питати: що реальне — «реальний» чи «уявний» час? Тут просто річ у тім, який опис зручніший.

Можна також використати суму за історіями разом з пропозицією безмежовості, щоб знайти, які властивості Всесвіту, можливо, трапляються одночасно. Наприклад, можна обчислити ймовірність того, що Всесвіт розширюється з майже однаковою швидкістю в усіх напрямах водночас, коли густина Всесвіту має своє нинішнє значення. У спрощених моделях, досі розглянутих, ця ймовірність виявляється високою; тобто запропонована умова безмежовості приводить до передбачення, що нинішня швидкість розширення Всесвіту з високою ймовірністю майже однакова в кожному напряму. Це відповідає спостереженням фонового мікрохвильового проміння, що показують майже абсолютно однакову інтенсивність у будь-якому напряму. Якщо б Всесвіт розширювався в деяких з них швидше, ніж в інших, інтенсивність проміння в тих напрямах була б зменшена через додатковий червоний зсув.

Тепер йде робота над подальшими передбаченнями з умови безмежовості. Особливо цікава проблема — величина невеликих відхилень від однорідної густини в ранньому Всесвіті, що привели до утворення спочатку галактик, потім зір, і нарешті нас. З принципу невизначеності випливає, що ранній Всесвіт не може бути повністю однорідний, бо мали бути деякі невизначеності чи флюктуації в положеннях і швидкостях частинок. Використовуючи умову безмежовості, ми знаходимо, що Всесвіт дійсно повинен був початися з лише мінімально можливою неоднорідністю, дозволеною принципом невизначеності. Тоді б Всесвіт пройшов період швидкого розширення, як в інфляційних моделях. Протягом цього періоду початкові неоднорідності посилювалися б, поки не стали б достатньо великі, щоб пояснити походження структур, які ми спостерігаємо навколо. 1992 року супутник-дослідник космічного фону (КОБІ) вперше виявив дуже невеликі варіяції в інтенсивності мікрохвильового фону залежно від напряму. Те, як ці неоднорідності залежать від напряму, здається, відповідає передбаченням інфляційної моделі та пропозиції безмежовості. Тому пропозиція безмежовості — добра наукова теорія, за Карлом Попером: вона могла б бути сфальсифікована спостереженнями, але натомість її передбачення підтверджені. В розширному Всесвіті, де густина матерії трохи змінювалася від місця до місця, під дією гравітації густіші області сповільнили б своє розширення і почали стискатися. Це приведе до формування галактик, зір і зрештою навіть незначних істот на кшталт нас. Тому всі складні структури, що ми бачимо у Всесвіті, можна пояснити умовою безмежовості для Всесвіту разом з принципом невизначеності квантової механіки.

Ідея, що простір і час можуть утворювати замкнуту поверхню без меж, також має глибокі наслідки для ролі Бога в справах Всесвіту. З успіхом наукових теорій в поясненні подій більшість людей дійшли думки, що Бог дозволяє Всесвітові розвиватися відповідно до набору законів і не втручається у Всесвіт, щоб ці закони порушити. Проте закони не кажуть нам, як Всесвіт мав виглядати, коли він почався — однаково залежатиме від Бога накрутити годинника і вибрати, як його запустити. Поки Всесвіт має початок, ми можемо припускати, що був творець. Але якщо Всесвіт дійсно повністю замкнутий, і не має межі або краю, він не матиме ні початку, ні кінця: він просто буде. Яке ж