Что такое «Ничто» на самом деле? Квантовый вакуум, тёмная энергия и самая большая угроза для Вселенной
Мы часто бросаемся словом «ничто». «В холодильнике совсем ничего нет», вздыхаем мы, игнорируя одинокий йогурт. «Делать совершенно нечего», жалуемся, пролистывая ленту соцсетей. В быту «ничто» — это просто отсутствие чего-то конкретного, того, что нам нужно или хочется прямо сейчас. Но что, если взглянуть на это понятие серьезнее? Оказывается, «ничто» — это не просто философская абстракция или бытовая досада. Для физики это концепция с богатой историей, удивительными свойствами и, как ни странно, потенциально разрушительной силой.
Так что же такое «ничто» для ученого?
Давайте сразу разграничим. Есть «ничто» с маленькой буквы — это, по сути, вакуум. Представьте, что мы взяли коробку и убрали из нее все: воздух, пылинки, последние заблудшие молекулы. Вот это оно, физическое «ничто». Пустое пространство. Но даже тут не все так просто, как кажется на первый взгляд. К этому мы еще вернемся.
А есть «Ничто» с большой буквы. Это абсолютное небытие, отсутствие не только материи, но и самого пространства, времени, законов физики. Нечто, что никогда не было и никогда не станет «чем-то». Честно говоря, это настолько абстрактная штука, что представить ее почти невозможно, и для практической физики она интереса не представляет — с ней ведь никак не провзаимодействуешь. Поэтому сосредоточимся на «ничто» попроще, на вакууме.
Почему пустота вызывала столько споров?
Казалось бы, ну пустота и пустота. Что тут обсуждать? А вот древние греки так не считали! Примерно 2500 лет назад Левкипп и Демокрит предположили, что мир состоит из мельчайших неделимых частиц — атомов — летающих в бесконечной пустоте. В «ничто». Звучит знакомо, правда?
Но тут на сцену вышел Аристотель. Ему идея пустоты категорически не нравилась. Он верил, что природа «не терпит пустоты», что материя сплошная, как вода или воздух. Его модель мира — это система вложенных сфер, где все движется благодаря соседям, а на самом краю — перводвигатель, Бог. Пустоте в этой картине мира места не было.
И знаете, что? Поскольку модель Аристотеля включала Бога, она на долгие века стала доминирующей в западной мысли, особенно в христианской философии. Признать пустоту означало почти что отрицать Бога! Атомизм стал чуть ли не ересью. Любопытно, что на Востоке к пустоте относились совсем иначе — как к источнику просветления (вспомним буддийскую концепцию Шуньяты). Там же, кстати, не побоялись и нуля — математического воплощения «ничто», который на Западе поначалу встретили в штыки. Флорентийские купцы в XIII веке даже запрещали его использовать — слишком легко было нулями приукрасить финансовые отчеты!
Потребовалось немало времени, чтобы Запад «реабилитировал» и пустоту (когда поняли, что даже Бог, по идее, мог бы ее создать, если бы захотел), и ноль (бухгалтеры оценили его удобство). А в XVII веке Торричелли и Паскаль и вовсе показали, как создать вакуум экспериментально с помощью ртутного барометра. Победа? Пустота существует?
Вакуум: Не так уж и пуст
Вот тут-то и начинается самое интересное. С приходом квантовой механики в XX веке выяснилось: даже идеальный вакуум, из которого убрали все частицы, на самом деле… не пуст! Как так?
Дело в квантовых флуктуациях. На микроскопическом уровне пространство как бы «кипит»: постоянно рождаются и тут же исчезают пары виртуальных частиц и античастиц. Они существуют слишком короткое время, чтобы их можно было напрямую «поймать», но их влияние вполне реально. Этот процесс придает вакууму определенную энергию. Да-да, у пустоты есть энергия!
И эта энергия — не просто какой-то теоретический казус. Многие астрофизики сегодня считают, что именно она и есть та самая загадочная «темная энергия», которая заставляет нашу Вселенную расширяться со все возрастающим ускорением. Представляете? Энергия «ничего» расталкивает галактики! Похоже, наше будущее — это движение к еще большему, вселенскому вакууму.
Когда «ничто» становится по-настоящему страшным
Но и это еще не вся история. В 1982 году физик Эд Виттен обнаружил нечто еще более странное и, честно говоря, пугающее. Он показал теоретическую возможность существования совершенно иного «ничто». Это не просто вакуум, не пустое пространство. Это… отсутствие самого пространства-времени.
Представьте себе «пузырь» такого абсолютного небытия, который спонтанно возникает где-то во Вселенной. Он не просто создает дыру. Он стирает само место, где он появился. Если бы такой пузырь возник у вас в комнате, он бы не оставил пустое место — он уничтожил бы и диван, и воздух, и само понятие «места», где они были. И самое жуткое — такой пузырь, согласно расчетам, был бы нестабилен и начал бы расширяться со скоростью света, пожирая Вселенную изнутри. Это уже не энергия вакуума, это… аннигиляция самой реальности. Звучит как сценарий для фильма ужасов, не правда ли?
Как физики пытаются понять этот кошмар?
Естественно, открытие Виттена заставило физиков задуматься. Как такое возможно? В 2011 году Адам Браун и Алекс Дален из Принстона предложили интересный взгляд. Они предположили, что этот «пузырь небытия» можно рассматривать как предельный случай вакуума с отрицательной энергией и, соответственно, отрицательной кривизной пространства-времени.
Поясню: положительная энергия вакуума (как у темной энергии) искривляет пространство так, что Вселенная расширяется ускоренно. А вот отрицательная энергия вакуума привела бы к тому, что Вселенная сначала расширялась бы, а потом начала сжиматься обратно в точку (Большое Сжатие). Браун и Дален рассмотрели гипотетические пузыри с все более и более отрицательной кривизной. И оказалось, что когда кривизна стремится к минус бесконечности, свойства такого пространства становятся неотличимы от виттеновского «пузыря ничто».
Эту идею косвенно поддерживает и так называемый голографический принцип — теория, предполагающая, что наша 3D-Вселенная может быть своего рода «голограммой», проекцией информации, закодированной на некой двумерной границе. Так вот, этот принцип лучше всего работает как раз для пространств с отрицательной кривизной. И если верить этой математике, то при стремлении кривизны к минус бесконечности «язык описания» на границе исчезает — количество «слов» в нем становится равным нулю. Остается… ничто. Кажется, круг замкнулся.
Неизбежность Небытия?
Итак, мы прошли путь от пустого холодильника до квантовых флуктуаций и пузырей, стирающих реальность. Но может, это все лишь теоретические игры ума? Не совсем.
Недавние работы в области теории струн и квантовой гравитации (например, исследования Джейка Макнамары и Камрана Вафы) намекают на еще более тревожный вывод. Они изучают так называемый «ландшафт» — совокупность всех математически непротиворечивых теорий устройства Вселенной. И одна из гипотез гласит, что в этом ландшафте нет изолированных «островов». То есть, теоретически, возможны переходы между разными типами вселенных, разными наборами законов физики.
А теперь главное: состояние абсолютного «ничто» (то самое, виттеновское) — это тоже одна из точек в этом ландшафте, самая простая. И если нет изолированных островов, значит, должен существовать путь к этому состоянию из любого другого, включая нашу Вселенную. Получается, переход в небытие — это не просто теоретическая страшилка, а возможное (и, как считают некоторые, даже неизбежное в очень отдаленном будущем) событие.
Так стоит ли бояться «ничто»?
Тысячелетиями «ничто» будоражило умы философов, богословов и ученых. От концепции, которую боялись и запрещали, мы пришли к пониманию, что пустота полна энергии и, возможно, даже является ключом к судьбе Вселенной. А ее крайняя форма — абсолютное небытие — может оказаться не просто абстракцией, а реальной угрозой или конечной точкой всего сущего.
Стоит ли нам паниковать? Наверное, нет. Эти процессы, если и возможны, разворачиваются на поистине космологических временных масштабах. Но сама мысль о том, что «ничто» — это не просто отсутствие чего-то, а фундаментальная и потенциально активная часть реальности, заставляет взглянуть на мир немного иначе. Не так ли? Это уже точно не «просто ничего».