Менее чем за две недели до своей смерти 14 марта известный британский астрофизик Стивен Хокинг успел сделать последние штрихи в своей работе о происхождении и природе Вселенной. Некоторые СМИ, восхваляющие работу (без сомнения, заслуживающую этого), отмечают, что этот труд может оказаться самым важным из всех написанных Хокингом. Между тем новая работа вряд ли разрушит представления учёных о космосе – по крайней мере, сегодня.
Соавтором последней научной статьи Хокинга под названием "Плавный выход из вечной инфляции?" (A Smooth Exit from Eternal Inflation?) является физик-теоретик из Института теоретической физики при Лёвенском католическом университете Томас Гертог (Thomas Hertog). Он сказал, что виделся со знаменитым учёным всего за две недели до его смерти, чтобы обсудить с ним окончательную версию работы.
На сегодняшний день работа рецензируется в научном издании (какой именно журнал этим занимается, остаётся неизвестным). Впрочем, она выложена в виде препринта на сайте arXiv.org. Впервые статья была представлена на сервер 24 июля 2017 года, а 4 марта 2018 года работа в последний раз пересматривалась.
Вполне понятно, что работа получила много внимания, поскольку Хокинг работал над ней всего за несколько дней до смерти. Так, издание The Sunday Times заявило, что новая работа может стать самым важным научным наследием Хокинга.
Профессор космологии Даремского университета Карлос Френк (Carlos Frenk) заявил этому изданию: "Захватывающая идея работы Хокинга заключается в том, что (мультивселенная) оставила следы на фоновом излучении, пронизывающем нашу Вселенную, и мы могли бы измерить их при помощи детектора на борту космического корабля".
По его словам, "эти идеи предоставляют потрясающий шанс обнаружить доказательства существования другой Вселенной".
Другие исследователи в интервью The Telegraph отметили: если бы новые доказательства были обнаружены до смерти учёного, то, возможно, он бы получил Нобелевскую премию, которая так долго от него ускользала.
Высокая оценка работы, но начнём рассказывать о ней издалека.
Существует так называемая теория вечной инфляции (eternal inflation). Она основана на квантовой теории поля и уравнениях Общей теории относительности Эйнштейна. Одно из интригующих положений этой теории гласит, что известная нам Вселенная не единственна.
Поясним. Согласно этим построениям, существует так называемое инфлатонное поле. По законам квантовой механики, любое поле испытывает случайные колебания (флуктуации) той или иной величины. Флуктуация, имевшая достаточно большую энергию, и привела к Большому взрыву и появлению известной нам Вселенной.
Однако нет никаких оснований полагать, что эта флуктуация была единственной. В инфлатонном поле должно происходить множество таких возмущений, каждое из которых порождает отдельную Вселенную со своим пространством и временем. Гипотетическая совокупность всех таких миров называется мультивселенной.
В 1980 году это заставило космологов Алана Гута и Андрея Линде предположить, что "в мультивселенной, которая является результатом вечной инфляции, всё, что может произойти, произойдёт бесконечное количество раз".
"Инфляция – это стадия экспоненциально быстрого расширения Вселенной, которая делает Вселенную очень большой и единообразной. Давным-давно было осознано, что в некоторых частях Вселенной инфляция может продолжаться вечно, — говорит Линде изданию Gizmodo. – В результате такого процесса, который я назвал вечной инфляцией, Вселенная может разделиться на множество экспоненциально больших частей с различными свойствами; Вселенная становится мультивселенной".
С этой теорией связан антропный принцип. Он звучит следующим образом: "Мы видим Вселенную такой, потому что только в такой Вселенной мог возникнуть наблюдатель, человек". Другие типы вселенных могут существовать, но мы никогда не сможем наблюдать их, согласно этому взгляду на космос.
Профессор Ави Лёб (Avi Loeb) из Гарвардского университета говорит, что в новой статье Хокинга и Гертога используется математика, чтобы обойти это математическое и философское препятствие и сделать реальные прогнозы о типе вселенных, которые могут существовать в мультивселенной.
"Необходимо использовать квантовый язык, чтобы описать всё, включая все возможные типы вселенной, которые рождаются в мультивселенной, – говорит Лёб. – Они предполагают, но не доказывают, что допустим только ограниченный набор возможных вселенных. Антропные рассуждения должны применяться только к ограниченному подмножеству всех возможностей".
Например, некоторые вселенные могут иметь константы, отличные от тех, к которым мы привыкли, или больше измерений. Авторы работы пытаются показать, какие виды вселенной могут возникнуть и какие способны сохранить жизнь наблюдателю.
Учёные говорят, что в конечном итоге можно увидеть признаки мультивселенной в реликтовом излучении. Но это надо ещё доказать.
Если кто-то сможет расширить эту работу и показать, что мы должны искать, тогда можно говорить, что авторы новой работы были на верном пути. Но пока это всего лишь большое "если".
Лёб говорит, что в целом это очень интересная идея, которая, вероятно, приведёт к дальнейшим обсуждениям в среде учёных, которые изучают раннюю Вселенную, и исследователей, предпочитающих идеи, которые могут быть подтверждены или опровергнуты наблюдениями или экспериментами.
Линде говорит, что процессы, стоящие за вечной инфляцией, достаточны сложны, они требуют исследований квантовых флуктуаций в невероятно больших масштабах. Но именно эту проблему Хокинг и Гертог изучали в новой работе.
"Они утверждают, что конец вечной инфляции может произойти плавно, и разнообразие возможных результатов ограничено. Их подход основан на некоторых гипотезах, которые авторы сформулировали, но не доказали, что и объясняет вопросительный знак в названии", — говорит Линде.
В конце авторы работы признают, что получение полной теории этого процесса потребует "значительного расширения голографической космологии до более реалистичных космологий".
"Таким образом, Хокинг в своей последней работе подошёл к одной из самых важных и сложных проблем современной физики, выходя за рамки нашей Вселенной, и предложил путь к её решению. Сможем ли мы принять вызов?", — заключает Линде.
Напомним, что Стивен Хокинг умер 14 марта 2018 года у себя дома в Кембридже. Ему было 76 лет.
Несмотря на болезнь, знаменитый учёный вёл активный образ жизни, много путешествовал, давал интервью. Хокинг всегда считал, что наука должна стать такой же популярной, как музыка, и в 2015 году учредил медаль, которая носит его имя.