Гиперпространство. Научная одиссея через параллельные миры, дыры во времени и десятое измерение

Стивен Хокинг не в состоянии держать в руке ручку или карандаш, поэтому все вычисления производит в уме, лишь изредка обращаясь за помощью к ассистенту. За неимением голоса он пользуется механическими устройствами для общения с внешним миром. При этом Хокинг не только интенсивно занимается исследованиями, но и успел написать бестселлер «Краткая история времени» и читает лекции по всему миру.

Однажды мне довелось побывать в доме Хокинга неподалёку от Кембриджского университета, куда меня пригласили выступить на физической конференции, организованной самим Хокингом. У него в гостиной меня изумила впечатляющая коллекция хитроумных приспособлений, которыми Хокинг пользуется, чтобы продолжать исследования. Например, у него на столе я увидел устройство, очень похожее на пюпитр для музыкальных партитур. Только этот пюпитр был устроен гораздо сложнее и умел аккуратно переворачивать страницы по одной, чтобы стоящую на нём книгу можно было читать. (Наверное, как и многие физики на моём месте, я с трепетом размышлял, хватило бы мне выносливости и силы воли продолжать заниматься наукой, не имея рук, ног и даже голоса, зато с самыми совершенными из существующих механическими приспособлениями.)

Хокинг — обладатель Лукасовской именной профессуры в области физики, он руководит в Кембриджском университете той же кафедрой, которую некогда возглавлял Исаак Ньютон. Подобно своему блистательному предшественнику, Хокинг взялся за одну из величайших задач века — окончательное объединение теории гравитации Эйнштейна и квантовой теории. В результате Хокинг пришёл в восторг от элегантности и самосогласованности десятимерной теории и завершил книгу её обсуждением.

Хокинг больше не тратит львиную долю своей созидательной энергии на работу в сфере, которая обеспечила ему мировую славу, не занимается чёрными дырами, интерес к которым остался в прошлом. Он охотится за добычей покрупнее: объединённой теорией поля. Как мы помним, теория струн зародилась как квантовая теория, а потом присоединила теорию гравитации Эйнштейна. Хокинг, который изначально был классическим релятивистом, а не квантовым теоретиком, подошёл к проблеме с другой стороны. Вместе с коллегой Джеймсом Хартлом он начал с классической вселенной Эйнштейна, а потом проквантовал целую вселенную!

Волновая функция Вселенной

Хокинг — один из основоположников новой научной дисциплины, называемой квантовой космологией. Поначалу терминология казалась противоречивой. Слово квант относится к бесконечно малому миру кварков и нейтрино, а космология ассоциируется с почти бесконечным космическим пространством. Однако Хокинг и его последователи убеждены, что на основные вопросы космологии можно ответить только с помощью квантовой теории. Хокинг подводит квантовую космологию к окончательному квантовому заключению, допуская существование бесконечного множества параллельных вселенных.

Как мы помним, отправная точка квантовой теории — волновая функция, описывающая все возможные состояния частицы. К примеру, представим себе огромную грозовую тучу неправильной формы, заволакивающую небо. Чем темнее туча, тем выше концентрация водяного пара и пыли в этой точке. Таким образом, достаточно просто взглянуть на тучу, чтобы оценить вероятность обнаружения высокой концентрации воды и пыли в определённых местах на небе.

Эту тучу можно сравнить с волновой функцией единственного электрона. Подобно грозовой туче, она заполняет всё пространство. Чем больше её величина в какой-либо точке, тем выше вероятность обнаружить там электрон. Аналогичным образом волновая функция может ассоциироваться с крупными объектами, например людьми. Сидя в кресле у себя в Принстоне, я знаю, что обладаю шрёдингеровской вероятностной волновой функцией. Если бы мне как-нибудь удалось увидеть собственную волновую функцию, она напомнила бы мне облако в форме моего тела. Однако часть этого облака распространилась бы по всему пространству вплоть до Марса и даже за пределы Солнечной системы, хотя была бы в этом случае исчезающе малой. Это означает, что вероятность моего пребывания в кресле, а не на планете Марс, довольно велика. Несмотря на то что отчасти моя волновая функция распространилась за пределы галактики Млечный Путь, вероятность того, что я сижу в другой галактике, бесконечно мала.

Новая идея Хокинга заключалась в том, чтобы воспринимать вселенную в целом так, словно она представляет собой квантовую частицу. Повторив несколько простых шагов, мы придём к выводу, который откроет нам глаза.

Начнём с волновой функции, описывающей совокупность всех возможных вселенных. Это означает, что отправной точкой теории Хокинга должен быть бесконечный ряд параллельных вселенных — волновая функция Вселенной. Довольно простой анализ Хокинга, в котором слово частица заменено словом Вселенная, привёл к перевороту в наших представлениях о космологии.