Почему мы живем не в пустом пространстве?
Мы начали эту главу с вопроса о том, как должна выглядеть Вселенная . Совсем
не очевидно, что этот вопрос, в принципе, может считаться осмысленным, но
если это все же так, то логичным ответом на него будет: «Вселенная должна
выглядеть так, словно она находится в высокоэнтропийном состоянии», по-
тому что состояний с высокой энтропией намного больше, чем низкоэнтро-
пийных . Затем мы убедились, что истинно высокоэнтропийные состояния
выглядят, по сути, как пустое пространство; в мире с положительной космоло-
гической постоянной это означает пространство де Ситтера — Вселенную,
содержащую энергию вакуума и больше ничего .
Итак, главный вопрос, на который пытается ответить современная кос-
мология, звучит так: «Почему пространство, в котором мы живем, — это не
пространство де Ситтера?» . Почему мы живем во Вселенной, в которой
бурлит жизнь со всеми этими звездами и галактиками? Почему мы живем
в шлейфе нашего Большого взрыва, чудовищном пожарище материи и энер-
гии, и обладаем невероятно низкой энтропией? Почему во Вселенной так
много всего и почему это все было так плотно и однородно упаковано в ран-
ние годы?
Одним из возможных ответов могло бы быть воззвание к антропному
принципу . Мы не можем жить в пустом пространстве — ну, потому что оно
пусто . Там просто нет ничего, что можно было бы использовать для жизни . Это
рассуждение звучит абсолютно обоснованно, но все же не отвечает на постав-
ленный вопрос . Пусть мы действительно не в состоянии существовать в пустом
пространстве де Ситтера, но это не объясняет, почему наша ранняя Вселенная
даже отдаленно не напоминает ничего, что можно было бы охарактеризовать
словом «пустой» . Наша реальная Вселенная несоразмерно дальше от пустоты,
чем было бы достаточно для применения антропного критерия . 
412
Часть IV . Из кухни в Мультиленную
Возможно, эти размышления заставляют вас вспомнить наше обсуждение
сценария Больцмана—Лукреция из главы 10 . Тогда мы воображали себе ста-
тичную Вселенную, содержащую бесконечное число атомов, то есть атомы
в ней были распределены по всему пространству с некоей средней плотностью .
Мы предполагали, что статистические флуктуации расстановок этих атомов
могли приводить к возникновению временных низкоэнтропийных конфигу-
раций, может быть, даже напоминающих нашу Вселенную . Однако с этим была
связана определенная проблема: этот сценарий надежно предсказывал, что мы
(при любых возможных определениях «нас») должны быть наименьшей воз-
можной флуктуацией по сравнению с термодинамическим равновесием, удов-
летворяющей условиям нашего существования . В предельном случае мы долж-
ны быть бесплотными больцмановскими мозгами, окруженными газом при
постоянной температуре и плотности . Но это не так, и дальнейшие экспери-
менты предоставляют все больше доказательств того, что остальная Вселенная
и близко не подходит к равновесию, то есть данный сценарий полностью
опровергается экспериментальными данными .
Несомненно, под влиянием общей теории относительности прямолинейный
сценарий, предложенный Больцманом, подвергся бы кардинальному пересмо-
тру . Наиболее важный новый ингредиент заключается в том, что существование
статичной Вселенной, наполненной молекулами газа, попросту невозможно .
Согласно Эйнштейну, пространство, заполненное материей, не может оста-
ваться неизменным; оно будет либо расширяться, либо сжиматься . И если
материя равномерно распределена по Вселенной и к тому же состоит из нор-
мальных частиц (не обладающих отрицательной энергией или давлением), то
неизбежно появление сингулярности в том направлении течения времени, где
материя уплотняется — Большой взрыв в прошлом, если Вселенная расширя-
ется, или Большой коллапс в будущем сжимающейся Вселенной . (Или и то
и другое, если Вселенная какое-то время расширяется, а затем снова начинает
сжиматься .) Получается, что эта беззаботная ньютоновская картина с молеку-
лами, вечно живущими в счастливом статичном равновесии, теряет всякий
смысл, как только на сцену выходит общая теория относительности .
Вместо этого нам следует обдумать возможность существования жизни
в пространстве де Ситтера, отобравшего звание состояния с наибольшей эн-
тропией у газа термальных частиц . Если бы наши знания ограничивались
классической физикой, то пространство де Ситтера было бы воистину пусто .
(Энергия вакуума — это характеристика самого пространства—времени; с ней
не связаны никакие частицы .) Но классическая физика — это еще не вся исто-
рия; реальный мир на самом деле квантово-механический . А в соответствии
Глава 13 . Жизнь Вселенной
413
с квантовой теорией поля частицы могут создаваться «из ничего» при условии,
что дело происходит в подходящем искривленном пространстве—времени .
Излучение Хокинга — самый очевидный тому пример .
Если следовать той же нити рассуждений, что и Хокинг при исследовании
черных дыр, то выясняется, что предположительно пустое пространство
де Ситтера на самом деле бурлит жизнью со всеми этими частицами, то и дело
возникающими из ниоткуда . Разумеется, необходимо подчеркнуть, что их все
же не так много, — мы говорим о чрезвычайно тонком эффекте . (В пустом
пространстве множество виртуальных частиц, но лишь небольшое число ре-
альных, уловимых .) Давайте представим себе, что мы сидим в пространстве
де Ситтера, вооружившись невероятно чувствительным экспериментальным
прибором, способным обнаруживать любые пролетающие мимо частицы . Мы
увидим, что в действительности нас окружает газ из частиц при постоянной
температуре, словно мы находимся в контейнере при тепловом равновесии .
И температура никуда не денется с расширением Вселенной — это характери-
стика пространства де Ситтера, остающаяся постоянной на протяжении веч-
ности .20
Следует признать, что нам удастся обнаружить не так уж много частиц;
температура все же довольно невысока . Если кто-либо спросит вас, какова
«температура Вселенной» прямо сейчас, то вашим ответом, вероятно, будет
2,7 кельвина, температура космического микроволнового фонового излучения .
Это довольно низко; 0 кельвинов — это минимальная возможная температура,
комнатная температура равна приблизительно 300 кельвинам, а самая низкая
температура, которой когда-либо удалось достичь в лабораторных условиях на
Земле, составляет около 10–10 кельвинов . Если допустить, что Вселенная рас-
ширится до такой степени, что вся материя и микроволновое фоновое излуче-
ние полностью рассредоточатся, оставив после себя лишь частицы, рождаемые
пространством де Ситтера за счет квантовых эффектов, то температура такой
системы будет составлять примерно 10–29 кельвинов . Кого ни спроси, это очень
мало .
И все же температура есть температура, и любая температура выше нуля
допускает флуктуации . Когда мы принимаем во внимание квантовые эффекты
в пространстве де Ситтера, Вселенная выглядит и ведет себя как контейнер
с газом при фиксированной температуре, и эта ситуация сохранится навечно .
Даже если в прошлом у нее случился впечатляющий Большой взрыв, будущее
остается вечностью в условиях ультранизкой температуры, которая никогда не
понижается до нуля . Следовательно, мы можем рассчитывать на бесконечное
будущее, полное термических флуктуаций, — включая больцмановские мозги
414
Часть IV . Из кухни в Мультиленную
и любые другие варианты термодинамически маловероятных конфигураций,
которые только можно вообразить в вечном контейнере с газом .