Семь этюдов по физике

Однако самое поразительное следствие теории – второе. Подобно тому как исчезает понятие непрерывного пространства, содержащего в себе объекты, пропадает также и понятие базового и первичного «времени», которое течет независимо от объектов. Уравнения, описывающие песчинки пространства и материи, больше не содержат временно́й переменной. Это не означает, что все стационарно и неизменно. Напротив, это значит, что изменение вездесуще – но элементарные процессы не могут упорядочиваться в привычную последовательность «моментов». На мельчайшем уровне песчинок пространства танец природы не происходит в ритме взмахов палочки единственного дирижера оркестра, в едином темпе: каждый процесс танцует независимо от своих соседей, в своем собственном ритме. Ход времени – «встроенное» свойство мира, оно зарождается в нем самом во взаимоотношениях между квантовыми событиями, составляющими мир, которые сами и есть источник времени.

Стало быть, мир, описываемый этой теорией, еще дальше отодвигается от привычного нам. Нет больше пространства, «заключающего в себе» мир, и нет больше времени, «в котором» происходят события. Есть лишь элементарные процессы, в которых кванты пространства и материи беспрестанно взаимодействуют друг с другом. Иллюзия пространства и времени, сохраняющаяся вокруг нас, – размытое восприятие этого мельтешения элементарных процессов, точно так же, как спокойное, чистое альпийское озеро на самом деле создается вихрем мириадов крохотных молекул воды.

Разглядывая при колоссальном увеличении с помощью ультрамощной лупы предпоследнюю нашу картинку, в свете этой главы мы увидели бы зернистость пространства:

Возможно ли проверить эту теорию экспериментально? Мы ломаем над этим головы и пробуем, но пока экспериментального подтверждения нет. Тем не менее придумано несколько разных подходов.

Один из них вытекает из исследования черных дыр. В небесах мы теперь можем наблюдать черные дыры, сформировавшиеся при схлопывании звезд. Сжатое под собственным весом, вещество таких звезд коллапсировало и исчезло с наших глаз. Но куда оно делось? Если теория петлевой квантовой гравитации верна, вещество не может действительно коллапсировать в бесконечно малую точку, поскольку бесконечно малых точек не существует – только конечные крупинки пространства. Коллапсируя под собственным весом, вещество должно было становиться все более и более плотным до тех пор, пока квантовая механика не создала бы встречный, уравновешивающий напор.

Эта предполагаемая конечная стадия жизни звезды, когда квантовые флуктуации пространства-времени уравновешивают вес вещества, известна как «планковская звезда». Если бы Солнце перестало гореть и превратилось в черную дыру, та была бы около полутора километров в диаметре. Внутри этой черной дыры вещество Солнца продолжило бы сжиматься – и в конце концов превратилось бы в такую планковскую звезду. Ее размеры были бы близки к размерам атома. Все вещество Солнца, спрессованное в объем атома: для планковской звезды характерно такое экстремальное состояние материи.

Планковская звезда нестабильна: чуть только она максимально сжимается, ее отбрасывает назад – она начинает снова расширяться. Это ведет к взрыву черной дыры. Воображаемому наблюдателю, сидящему внутри черной дыры на планковской звезде, этот процесс виделся бы отскоком назад, происходящим с огромной скоростью. Но для этого наблюдателя время течет не так же, как для всех снаружи черной дыры, – по той же причине, по которой в горах время течет быстрее, чем на уровне моря. За исключением того, что из-за экстремальных условий разница в ходе времени колоссальна: то, что наблюдателю на планковской звезде будет казаться неимоверно быстрым, снаружи будет выглядеть происходящим очень-очень долго. Вот почему мы наблюдаем черные дыры неизменными в течение долгого времени: черная дыра – это расширяющаяся звезда, видимая в крайне замедленном действии.

Возможно, в горниле первых мгновений Вселенной сформировались черные дыры – и теперь некоторые из них взрываются. Если это так, мы, вероятно, смогли бы обнаружить сигналы, испускаемые ими при расширении, – космические лучи высокой интенсивности, приходящие с неба, а значит, позволяющие нам наблюдать и измерять прямой эффект от явления, управляемого квантовой гравитацией. Идея смелая – она, может, и не сработает, если, например, в первозданной Вселенной сформировалось недостаточно черных дыр, чтобы мы сегодня сумели зарегистрировать их расширение. Однако поиск сигналов начался. Посмотрим.

Другое следствие теории, причем одно из самых впечатляющих, касается происхождения Вселенной. Мы знаем, как восстановить историю нашего мира до начального этапа, когда он был крошечных размеров. Но что было до того? Уравнения петлевой теории позволяют нам пойти еще дальше в воссоздании этой истории.