Знание-сила, 2007 № 08 (962) - страница 18
Для величины, отвечающей за кривизну пространства-времени, Эйнштейн предложил уравнение, руководствуясь только тем, чтобы «было хорошо», точнее, соображениями естественности, экономности и изящества. Это — уравнение для структуры пространства-времени, а всю существующую материю[* Материей в контексте общей теории относительности принято называть все поля и частицы помимо гравитационного поля. Этот термин не имеет отношения к философской категории «материя».], включая электромагнитное поле, Эйнштейн поместил в правую часть как источник кривизны и гравитации. Уравнение это выбито в камне на памятнике Эйнштейну в Вашингтоне недалеко от мемориала Линкольна. Не могу только припомнить, вместе с Лямбда-членом (космологической постоянной) или без него. Дело в том, что Эйнштейн колебался, надо ли включать этот член в уравнение — то, было, включал, то отказывался от него. Руководящий принцип красоты ничем не мог ему в этом выборе помочь. Ныне Лямбда-член составляет главную интригу в космологических сценариях.
В сказанном можно усмотреть, что время течет с разной скоростью в зависимости от гравитационного поля. Скажем, характерные частоты, на которых одни и те же атомы излучают электромагнитные волны, изменяются, если эти атомы находятся в сильных гравитационных полях звезд: другое время — другая частота. Выше уже говорилось о двух разных временах в поле черной дыры. Черная дыра в пространстве-времени — это сингулярное решение уравнений Эйнштейна без материи, найденное Шварцшильдом в 1916 году. Еще одно решение — решение Фридмана (1923), отвечающее расширяющейся Вселенной. Оно содержит космологическую сингулярность, ответственную за Большой Взрыв, с которой в модели Фридмана примерно 14 миллиардов лет тому назад начался мир.
В течение полувека, до возникновения в восьмидесятых годах инфляционной космологии, и еще потом по инерции лет двадцать, пока она не получила наблюдательного подтверждения и не овладела умами, считалось, что тем самым у времени есть начало. Более того, в предположении, что полная масса Вселенной меньше некоторого критического значения, время должно было бы иметь и конец, который должен был бы наступить после того, как, согласно решению Фридмана, расширение сменится неудержимым сжатием. Идея о существовании начала времени особенно пришлась ко двору современным христианским философам (точнее, почему-то только католического толка — вот кому советский физик Фридман ненароком угодил)[* Поразительно, с какой готовностью Церковь восприняла идею об эволюции Вселенной, имея в виду ее ожесточенное противостояние идее эволюции человека. А ведь согласно даже библейскому мифу, человек был создан из «праха», то есть из неживого, и, надо думать, этот процесс тоже не был одномоментным.].
В современной инфляционной космологии вопрос о начале и конце мира снимается. Еще до того, как расширяющееся фридмановское решение вступило в силу, — если двигаться назад во времени, то, не доходя (1/10>35) — той доли секунды до космологической сингулярности — существовала так называемая фаза раздувания, или инфляции. Эта фаза описывается решением де Ситтера уравнений Эйнштейна с Лямбда-членом, но в пустоте, без материи. Согласно этому решению, наш мир представлял собой четырехмерную поверхность постоянной кривизны, вложенную в пятимерное пространство. В мире де Ситтера все масштабы, а вместе с ними и размер Вселенной, растут с экспоненциальной скоростью. Та часть Вселенной размером 14 миллиардов световых лет, которую мы только в состоянии наблюдать из-за ограниченности скорости света, раздулась из некогда очень маленькой области. Так инфляционная космология отвечает на вопрос, почему видимая часть Вселенной в среднем, если не считать таких «мелочей», как звезды, галактики и их скопления, поразительно однородна в своих глобальных свойствах.
Вот к чему приводит включение Лямбда-члена. Если он просто задан, то отражает свойства пустого пространства, называемого вакуумом, и является источником, порождающим впоследствии всю материю. Так что «в начале было слово и это слово было»... уравнение Эйнштейна с Лямбда-членом. На этой базе строится сценарий рождения мира «из ничего», «from nothing». Как в «Алисе в Зазеркалье». Там есть такой диалог: «I see nobody. — What is he doing?» Можно в том же духе спросить себя, из чего состоит это «ничего», иначе говоря, есть ли материальное воплощение Лямбда-члена?