Книга Космический ландшафт. Теория струн и иллюзия разумного замысла Вселенной - Леонард Сасскинд

Но мы забыли одну вещь. Вакууму присуща квантовая дрожь. Подобно тому, как тепловая дрожь переохлаждённой воды вызывает спонтанное возникновение и исчезновение центров конденсации, квантовая дрожь вакуума рождает небольшие пузырьки альтернативного вакуума, которые тут же исчезают. Внутренность этих пузырьков может соответствовать условиям соседней долины, лежащей ниже нашей. Образование пузырьков происходит постоянно, но по большей части они слишком малы, чтобы расти дальше. Поверхностное натяжение доменной стенки отделяет пузырёк от остальной части вакуума и сжимает его. Но, так же как и в случае с переохлаждённой водой, рано или поздно в нашем пространстве образуется пузырёк, который окажется достаточно большим, чтобы начать расти.

Математическое описание формирования такого пузырька в инфлюирующей вселенной было известно уже достаточно давно. Ещё в 1977 году Сидней Коулман и Франк де Лючия опубликовали статью, которой суждено было стать классической. Они рассчитали скорость, с которой такие пузыри будут возникать в раздувающейся вселенной, и, хотя скорость (количество пузырьков, образующихся в единицу времени в единице объёма) может быть очень мала, она, безусловно, не равна нулю. В их расчётах использовались только самые надёжные и проверенные методы квантовой теории поля, методы, по убеждениям большинства физиков, надёжные как скала. Таким образом, если только в наших фундаментальных теориях нет чего-то ужасно неправильного, инфлюирующий вакуум должен порождать растущие пузыри, условия внутри которых соответствуют условиям в соседних долинах.

Может ли столкновение пузырей привести к тому, что в конечном итоге всё пространство вселенной окажется в одной из соседних долин? Или, другими словами: расширяется ли пространство между пузырями достаточно быстро, чтобы предотвратить их столкновение и слияние? Ответ зависит от конкуренции между двумя параметрами: скоростью формирования пузыря и скоростью воспроизводства нового пространства – скоростью клонирования. Если пузырьки растут очень быстро, то они будут сталкиваться и в конечном итоге всё пространство «перельётся» в новую долину на Ландшафте. Но если скорость, с которой генерируется новое пространство, больше, чем скорость, с которой растут пузыри, то инфляция победит и пузыри никогда не встретятся друг с другом. Подобно ледяным островам в разливающемся озере переохлаждённой жидкости, пузыри будут развиваться изолированно и в конечном итоге окажутся за пределами горизонтов событий друг друга. Основная же часть пространства продолжит свою вечную инфляцию.

Так что же побеждает: пузырьковая нуклеация или клонирование пространства? В общем случае вопрос остаётся открытым. Пузырьковая нуклеация, как все прочие туннельные процессы, – явление редкое и маловероятное. Как правило, для того, чтобы возник пузырь, достаточно большой, чтобы не схлопнуться обратно, а начать расширяться, должно пройти очень, очень большое время. С другой стороны, скорость клонирования пространства, то есть его экспоненциальный рост за счёт энергии вакуума, чрезвычайно велика, если только космологическая постоянная не пренебрежимо мала. В большинстве случаев, кроме совсем уж надуманных, пространство продолжает клонировать само себя экспоненциально, в то время как пузыри медленно возникают в соседних долинах Ландшафта. Клонирование пространства побеждает в нашей гонке с огромным отрывом.

Теперь давайте заглянем внутрь одного из пузырей. Что мы увидим? Скорее всего, мы окажемся в долине, высота которой несколько меньше, чем высота той долины, из которой мы заглянули внутрь. Пространство внутри пузыря тоже растёт. Я имею в виду не простое расширение пузыря, а клонирование пространства внутри него. Таким образом, история будет повторяться снова и снова. Новая область пространства в настоящее время находится в новой долине. Но есть и другие долины, расположенные ещё ниже. Внутри пузыря первого поколения может образоваться пузырь второго поколения, пространство внутри которого будет соответствовать ещё более низко расположенной соседней долине. И если этот пузырь окажется больше критического размера, он начнет расти, и мы получим растущий пузырь внутри растущего пузыря.

Обычно я стараюсь избегать биологических аналогий в физике, потому что люди склонны воспринимать их слишком буквально. Но я всё же использую сейчас одну из них. Только, пожалуйста, не подумайте, что я считаю, будто вселенные, чёрные дыры или электроны действительно являются живыми и участвуют в дарвиновском отборе или занимаются сексом.

Представьте Мегаверсум в виде колонии организмов, которые воспроизводятся путём клонирования. Ещё раз подчеркну, что под словом «организм» я понимаю не живое существо, а самовоспроизводящуюся область пространства. Поскольку клоны идентичны их родителям, мы вправе считать, что они располагаются в той же самой долине Ландшафта. Можно даже представить себе сам Ландшафт как набор биологических организмов: каждая долина будет соответствовать отдельному биологическому виду. Можно не беспокоиться о том, что организмы будут мешать друг другу: в нашем выдуманном мире более чем достаточно места для всех. Как только образуется пузырь со свойствами, отличными от свойств породившего его пространства, его потомство тут же оккупирует соседнюю долину. Поскольку пространство внутри пузыря также инфлюирует, его потомство будет участвовать в двух процессах: в процессе клонирования и в процессе заселения новых долин путём генерации нового поколения пузырей. Таким путём наша метафорическая колония будет распространяться по всему Ландшафту. Быстрее всего будут воспроизводиться области пространства, находящиеся в более высоких долинах, где космологическая постоянная имеет большее значение. В таких местах Ландшафта процесс клонирования идёт наиболее быстрыми темпами, и популяции, «живущие» в таких долинах, растут быстрее всего. Но организмы, живущие в более высоких долинах, «кормят» более низкие долины, и население последних также растёт со временем.[94] В конечном итоге каждая ниша Ландшафта окажется заполненной экспоненциально растущим населением. Единственное, в чём хромает эта аналогия, – это в том, что реальные организмы в ходе конкуренции начинают убивать друг друга, когда их долина становится перенаселённой. У карманных вселенных отсутствует механизм конкуренции, поэтому население каждой долины будет продолжать увеличиваться бесконечно. Можно было бы представить эти организмы как полностью невидимые и неощутимые друг для друга.