Квантова механіка при всіх своїх парадокси все ж описує властивості об'єктів, що існують в нескривленими ньютоновском просторі. Майбутня теорія гравітації повинна розповсюдити імовірнісні квантовомеханічні закони на властивості самого простору (точніше, простору-часу), деформованого відповідно до рівняннями загальної теорії відносності. Як це зробити за допомогою строгих математичних викладок, ніхто ще толком не знає.
холодне народження
Однак шляхи до подібного об'єднання можна обміркувати на якісному рівні, і тут з'являються досить цікаві перспективи. Одну з них розглянув відомий космолог, професор університету Арізони Лоуренс Краусс в своїй нещодавно виданій книзі «A Universe From Nothing» ( «Всесвіт з нічого»). Його гіпотеза виглядає фантастичною, але аж ніяк не суперечить встановленим законам фізики.
Вважається, що наша Всесвіт виник з дуже гарячого початкового стану з температурою близько 10 32 кельвінів. Однак можливо уявити і холодну народження всесвітів з чистого вакууму - точніше, з його квантових флуктуацій. Добре відомо, що такі флуктуації породжують безліч віртуальних частинок, буквально що виникли з небуття і згодом безслідно зниклих. Згідно Краусс, вакуумні флуктуації в принципі здатні давати початок настільки ж ефемерним протовселенним, які за певних умов переходять з віртуального стану в реальний.
Всесвіт без енергії
Що для цього потрібно? Перша й головна умова - зародок майбутньої всесвіту повинен мати нульову повну енергію. У цьому випадку він не тільки не приречений на практично миттєве зникнення, але, навпаки, може проіснувати як завгодно довго. Це пов'язано з тим, що, згідно з квантовою механікою, твір невизначеності величини енергії об'єкта на невизначеність його часу життя не повинно бути менше кінцевої величини - постійної Планка.
Коль скоро енергія об'єкта строго дорівнює нулю, вона відома без всяких невизначеностей, і тому час його життя може бути нескінченно великим. Саме завдяки цьому ефекту два заряджених тіла, розташованих на дуже великих відстанях, притягаються або відштовхуються одна від одної. Вони взаємодіють завдяки обміну віртуальними фотонами, які, в силу своєї нульової маси, поширюються на будь-які дистанції. Навпаки, калібрувальні векторні бозони, які переносять слабкі взаємодії, в силу великої маси існують лише близько 10 -25 секунди, внаслідок чого ці взаємодії мають дуже малим радіусом.
Що ж за всесвіт, нехай і ембріональна, з нульовою енергією? Як пояснив «Популярною механіці» професор Краусс, в цьому немає нічого містичного: «Енергія такої всесвіту складається з позитивної енергії частинок і випромінювань (і, можливо, також скалярних вакуумних полів) і негативною потенційної енергії тяжіння. Їх сума може дорівнювати нулю - математика це допускає. Однак дуже важливо, що такий енергетичний баланс можливий лише в замкнутих світах, простір яких має позитивну кривизну. Плоскі і тим більше відкриті всесвіти такою властивістю не володіють ».
чудеса інфляції
Що станеться, якщо квантові флуктуації вакууму породять віртуальну всесвіт з нульовою енергією, яка в силу квантових випадковостей отримала якийсь час для життя і еволюції? Це залежить від її складу. Якщо простір всесвіту заповнене речовиною і випромінюванням, вона спочатку буде розширюватися, досягне максимального розміру і схлопнется в гравітаційному колапсі, проіснувавши лише незначну частку секунди. Інша справа, якщо в просторі є скалярні поля, здатні запустити процес інфляційного розширення. Існують сценарії, в яких це розширення не тільки запобігає гравітаційний колапс «бульбашкового» всесвіту, а й перетворює її в майже плоский і безмежний світ. Тим самим незмірно зростає і час її життя - практично до безкінечності. Таким чином, крихітна віртуальний всесвіт стає цілком реальною - величезної і долгоживущей. Навіть якщо її вік кінцевий, він цілком може набагато перевищити нинішній вік нашого Всесвіту. Тому там можуть з'явитися зірки і зоряні скупчення, планети і навіть, чим чорт не жартує, розумне життя. Повноцінне світобудову, що виникло буквально з нічого - ось на які чудеса здатна інфляція!