Из ниоткуда, как ночной экспресс из туннеля. . . это был не поезд. Это была - ни много ни мало - целая вселенная, влетевшая в наше пространство из более высоких измерений. До столкновения наша Вселенная была пустой - совершенно пустой. Столкновение произошло, и она вспыхнула, и взорвалась неудержимым вихрем материи и света.
Следует ли именно так описывать Большой взрыв? Есть ли все, что мы видим, вплоть до самых дальних уголков, доступных нашим телескопам, не более чем обломки столкновения двух вселенных? Именно так считает группа ученых из Великобритании и Соединенных Штатов. Они называют сценарий, по которому развивалась Вселенная, 'экпиротическим', от греческого 'рожденный из огня'. По их словам, космическое потрясение, спровоцировавшее Большой Взрыв, скорее всего, не было первым в своем роде.
- Перед Большим взрывом был другой Большой взрыв, а перед тем еще и еще, и так в глубину времен, - говорит Нейл Турок (Neil Turok) из Кембриджа.
Это революционное представление о Вселенной проистекает из 'теории струн', одной из самых актуальных сегодня тем, обсуждаемых в космологии. В теории струн считается, что основа всего сущего - не крошечные 'частицы' величиной с математическую точку, а неизмеримо малые 'струны' сверхплотной материи. Эти струны примерно в десяток триллионов в квадрате раз меньше атомов и вибрируют примерно так же, как струны на скрипке. В зависимости от ноты, на которой они 'звучат', образуемая ими частица становится тем, что мы знаем под именем, скажем, электрона или кварка. Чем выше тон струны, тем выше энергия колебания и соответственно тем тяжелее образуемая струнами частица.
К настоящему моменту было экспериментально установлено, что все в мире состоит из нескольких видов элементарных частиц, 'склеенных' между собой четырьмя основными силами, а эти силы передаются от одной частицы к другой другими частицами, 'носителями сил'. Чтобы струны могли своим колебанием задавать такие огромные диапазоны значений различных характеристик, они должны иметь возможность колебаться различными способами. Теоретически высчитано, что для этого струны должны находиться в десятимерном пространстве-времени.
Десятимерную вселенную довольно сложно представить. Наш родной мир включает четыре измерения пространства-времени: север-юг, запад-восток, верх-низ и прошлое-будущее. Однако сторонников теории струн такое расхождение между теорией и реальностью нисколько не смущает. Они утверждают, что существуют еще другие измерения пространства, до сих пор скрытые от нашего восприятия. Понятные нам измерения уходят в пространство на миллиарды световых лет, а дополнительные измерения 'свернуты' и настолько малы, что до сих пор их никто не замечал.
Зачем же создавать себе проблемы и изобретать то, что невозможно увидеть, да еще и существующее в измерениях, которые невозможно обнаружить? Что можно из этого получить?
Теория струн дает человечеству надежду решить одну из самых серьезных научных проблем - объединение теории относительности Эйнштейна, объясняющей явление гравитации, и квантовой теории, описывающей три остальные основные силы природы.
Теория Эйнштейна описывает движение тел большой массы - к примеру, планет, движущихся вокруг Солнца, - и даже эволюцию всей Вселенной. А квантовая теория описывает процессы, происходящие в мире исключительно малых предметов - атомов и их составляющих. Вследствие того, что две эти теории существуют в двух совершенно разных мирах, связи между ними не существует, и одну можно использовать отдельно от другой. Однако когда исследователь обращается к первым моментам после Большого взрыва, возникает серьезная коллизия. В то время Вселенная была одновременно маленькой, как атом, то есть ее можно описывать в рамках квантовой теории, и имела огромную массу, каковое явление описывается теорией Эйнштейна. Это, в свою очередь, означает, что ни одну, ни другую теорию в отрыве от другой невозможно применить к описанию Вселенной в этот момент времени. Для этого необходим некий гибрид, некий всеобъемлющий инструмент, который бы давал возможность говорить о квантовой теории гравитации.
Разработать такую теорию очень сложно, однако надежду на это дает именно 'теория струн'. В одном из множества возможных вариантов колебаний струна имеет все необходимые свойства 'гравитона' - гипотетического носителя гравитационной силы. Таким образом, теория струн, сама по себе являющаяся квантовой, включает теорию гравитации, поэтому теоретики и считают ее пока что самой лучшей возможностью создать единое теоретическое поле.
Приготовьтесь. Оказывается, одномерные струны - не единственные объекты теории струн. Поскольку предполагается существование десяти измерений пространства-времени, теория поддерживает существование более сложных объектов, называемых 'бранами' (от слова 'мембрана' - пер.), у которых измерений может быть больше. В этих терминах струна представляет собой одномерную брану, а в более общем смысле брана с числом измерений, равным р, называется р-браной. Может быть, физики это затеяли просто ради игры слов (брана (brane) по-английски произносится так же, как brain - мозг - пер.)? Тогда шутка им явно не удалась.
Итак, если допустить, что браны существуют, то открываются интересные возможности. Получается, что наша Вселенная - четырехбранная, или четырехмерная 'вселенная-остров', плавающая в десятимерном пространстве-времени. В свою очередь, эта возможность рождает еще один сценарий. Возможно, в этой невообразимой десятимерной пустоте плавают и другие острова-вселенные. Как писал фантаст Артур Кларк (Arthur C Clarke), 'Многочисленны и удивительны миры, плывущие подобно пузырькам пены по Реке Времени'.
Возможность существования иных островов-вселенных полностью захватила умы команды Турока и Пола Штейнгардта (Paul Steinhardt) из Принстонского университета. Ведь если есть и другие вселенные, разумно предположить, что они могут как-нибудь и столкнуться. А там недалеко уже и до объяснения феномена Большого взрыва.
Конечно, может быть еще бессчетное число других вселенных, плавающих подобно нашей в бездне с бог весть каким числом измерений. Однако математически всегда проще всего взять самый простой случай. И природа, кстати, почему-то всегда выбирает самый простой вариант - никто так и не знает почему. Турок, Штейнгардт и их коллеги предполагают, что во всей многомерной вселенной находятся два четырехбранных острова - наш и еще один.
Ясное дело, визуально представить себе четырехмерный объект человек не в состоянии. Поэтому Турок и Штейнгардт представляют четырехбранные объекты как двумерные - примерно как два куска хлеба в сэндвиче. Они полагают - опять же для простоты - что в своих двух измерениях эти два куска хлеба бесконечны, то есть равны вселенной. Также предполагается, что в них нет ни материи, ни света. Проще уже некуда, сами понимаете.
Между двумя кусками хлеба, где обычно лежит что-нибудь съедобное, у них лежит пятое измерение. И именно вдоль этого измерения, которое мы в состоянии воспринять не больше, чем слепец - понятие цвета, две четырехбранные вселенные мчатся навстречу друг другу.
В физике существует железобетонное правило, называемое законом сохранения энергии. По этому правилу, энергию нельзя уничтожить бесследно или получить из ничего - только перевести из одной формы в другую. Например, в лампочке электрическая энергия превращается в соответствующее количество световой и тепловой энергии.
Движущимся телам наличие энергии присуще как таковым - если сомневаетесь, попробуйте встать на дороге гоночного мотоцикла. Следовательно, быстро сближающиеся браны в пятом измерении обладают огромной энергией движения. При их столкновении, в соответствии с законом сохранения энергии, она переходит в их внутреннюю четырехмерную материю примерно так же, как энергия, выделяющаяся при столкновении двух экспрессов, превращает их в эту самую материю - весьма слабо организованную. Получая такое количество энергии, браны начинают активно расширяться. По словам Турока, 'это и создает моментальный взрыв пространства, который у нас известен под именем 'Большого взрыва''.
Конечно, Большой взрыв был не просто страшно быстрым расширением совершенно пустого пространства, о чем свидетельствуем и мы сами, и материя, из которой мы состоим. Вот здесь пора дать слово Эйнштейну. В 1905 году он пришел к выводу, что масса есть одна из форм энергии. Следовательно, не только масса может переходить в энергию - например, масса ядерной бомбы в миллионы градусов теплоты огненного шара, - но и энергия может быть преобразована в массу.
Таким образом, энергия столкнувшихся бран приводит не только к расширению пустоты, но и к созданию материи - сверхгорячего огненного шара элементарных частиц. Так получается 'горячий' Большой взрыв.
Если этот сценарий правилен, то последующая эволюция нашей вселенной предстает во многом такой, какой мы привыкли ее считать. После того, как наша брана расширилась, температура огненного шара 'горячего' Большого взрыва соответствующим образом упала. В конце концов, когда он достаточно охладился, из неорганизованной материи сформировались галактики и звезды. И однажды через 13,7 миллиарда лет группе ученых на третьей по счету планете одной ничем не примечательной звезды в не стоящей описания Галактике, которую они называли Млечным путем, пришла в голову мысль, что именно столкновение двух объектов, которые они решили назвать бранами, наконец-то объяснит нам, что же представляет собой мир, в котором мы живем.
