Важный момент , который стоит подчеркнуть в этом кратком резюме

Инфляционная динамика обсуждается в

Глава 6

это то, что нечто может возникнуть
из пустого пространства именно потому, что энергетика пустого пространства, в
присутствии гравитации, не является тем, что здравый смысл заставил бы нас
подозревать, прежде чем мы открыли основные законы природы.

Но никто никогда не говорил, что Вселенная руководствуется тем, что мы, в наших маленьких
близоруких уголках пространства и времени, возможно, изначально считали
разумным. Конечно, кажется разумным предположить, что a priori материя не может
спонтанно возникнуть из пустого пространства, так что что - то в этом смысле
не может возникнуть из ничего. Но когда мы учитываем динамику гравитации
и квантовую механику, мы обнаруживаем, что это понятие здравого смысла больше
не является истинным. В этом красота науки, и она не должна быть угрожающей. Наука
просто заставляет нас пересмотреть то, что разумно, чтобы приспособить Вселенную,
а не наоборот.

Чтобы обобщить то: наблюдения, что Вселенная плоская, и что
местные ньютоновская гравитационная энергия является, по сути, ноль сегодня это решительно
наводит на мысли, что наша Вселенная возникла, хотя процесс, как инфляция,
процесс, посредством которого энергия пустого пространства (ничего) преобразуется в
энергию чего - то, во времена, когда Вселенная ближе
и ближе к тому, по сути, именно квартиры на всех наблюдаемых масштабах.

В то время как инфляция демонстрирует, как пустое пространство, наделенное энергией, может
эффективно создавать все, что мы видим, наряду с невероятно большой и
плоской вселенной, было бы неискренним предполагать, что пустое пространство
, наделенное энергией, которая управляет инфляцией, на самом деле ничто. В этой
картине нужно предположить, что пространство существует и может хранить энергию, и
использовать законы физики, такие как общая теория относительности, чтобы вычислить
последствия. Поэтому, если мы остановимся здесь, можно будет с полным основанием утверждать, что
современная наука еще очень далека от того, чтобы действительно решить, как получить что - то
из ничего. Но это только первый шаг. Расширяя наше
понимание, мы увидим, что инфляция может представлять собой лишь верхушку
космического айсберга небытия.

ГЛАВА 10

N

ОТИНГ

Я

S

U

NSTABLE

Fiat justitia—ruat caelum. (Творите правосудие, и пусть падут небеса.)

—

ДРЕВНИЙ

R

ОМАНСКАЯ ПОСЛОВИЦА

Существование энергии в пустом пространстве — открытие, которое потрясло нашу
космологическую вселенную, и идея, лежащая в основе инфляции, —
только усиливает кое - что в квантовом мире, что уже было хорошо
установлено в контексте видов лабораторных экспериментов
, которые я уже описал. Пустое пространство очень сложно. Это кипящее варево
виртуальных частиц, которые появляются и исчезают за столь короткое время, что мы не можем
видеть их непосредственно.

Виртуальные частицы - это проявления основного свойства квантовых
систем. В основе квантовой механики лежит правило, которое иногда
управляет политиками или генеральными директорами — пока никто не смотрит, все идет своим чередом.
Системы продолжают перемещаться, хотя бы на мгновение, между всеми возможными состояниями,
включая состояния, которые не были бы разрешены, если бы система действительно
измерялась. Эти “ квантовые флуктуации ” подразумевают нечто существенное в
квантовом мире: ничто всегда что - то производит, хотя бы на
мгновение.

Но вот в чем загвоздка. Сохранение энергии говорит нам, что квантовые
системы могут плохо себя вести только так долго. Подобно растратам биржевых маклеров, если
состояние, в котором колеблется система, требует украденной энергии из
пустого пространства, то система должна вернуть эту энергию за
достаточно короткое время, чтобы никто, измеряющий систему, не смог ее обнаружить.

В результате вы можете смело утверждать, что это “ нечто ”,
порождаемое квантовыми флуктуациями, эфемерно — неизмеримо, в отличие,
скажем, от вас, меня или Земли, на которой мы живем. Но это эфемерное творение
тоже подчинено обстоятельствам, связанным с нашими измерениями.
Например, рассмотрим электрическое поле, исходящее от заряженного объекта. Это
определенно реально. Вы можете почувствовать статическую электрическую силу на своих волосах или наблюдать
, как воздушный шар прилипает к стене. Однако квантовая теория электромагнетизма
предполагает, что статическое поле обусловлено излучением заряженными частицами
, участвующими в создании поля, виртуальных фотонов, которые имеют практически нулевую
полную энергию. Эти виртуальные частицы, поскольку они имеют нулевую энергию, могут
распространяться по Вселенной, не исчезая, и поле из - за
суперпозиции многих из них настолько реально, что его можно почувствовать.

Иногда условия таковы, что реальные массивные частицы могут
безнаказанно выскакивать из пустого пространства. В одном примере две заряженные пластины
сближаются, и, как только электрическое поле
между ними становится достаточно сильным, становится энергетически благоприятным для реальной
пары частица - частица “ выскочить ” из вакуума, причем отрицательный заряд
направляется к положительной пластине, а положительный
- к отрицательной. При этом возможно, что уменьшение энергии, возникающее
от уменьшения чистого заряда на каждой из пластин и, следовательно, электрического
поля между ними может быть больше энергии, связанной с
энергией массы покоя, необходимой для образования двух реальных частиц. Конечно, сила
поля должна быть огромной, чтобы такое состояние было возможным.

На самом деле есть место, где сильные поля другого рода могли
бы позволить произойти явлению, подобному описанному выше, но в этом
случае из - за гравитации. Это осознание сделало Стивена Хокинга
знаменитым среди физиков в 1974 году, когда он показал, что
черные дыры, из которых, по крайней мере в отсутствие квантовомеханических
соображений, ничто не может вырваться, могут излучать физические
частицы.

Есть много различных способов попытаться понять это явление, но
один из них поразительно знаком с ситуацией, которую я описал выше с
электрическими полями. За пределами ядра черных дыр находится радиус, называемый
“ горизонтом событий ”. Внутри горизонта событий ни один объект не может классически убежать
, потому что его скорость убегания превышает скорость света. Таким образом, даже свет
, испускаемый внутри этой области, не выйдет за пределы горизонта событий.

Теперь представьте себе, что пара частица - античастица зарождается из пустого пространства сразу
за горизонтом событий из - за квантовых флуктуаций в этой области.
Если одна из частиц действительно попадает в горизонт событий, она может
потерять достаточно гравитационной энергии при падении в черную дыру, чтобы эта
энергия превысила вдвое массу покоя любой из частиц. Это означает, что
частица - партнер может улететь в бесконечность и быть наблюдаемой без какого - либо
нарушения сохранения энергии. Общая положительная энергия, связанная с
излучаемая частица более чем компенсируется потерей энергии
, которую испытывает ее партнер - частица, падающая в черную дыру. Таким образом, черная
дыра может излучать частицы.

Однако ситуация еще более интересна именно потому,
что энергия, теряемая падающей частицей, больше, чем положительная энергия
, связанная с ее массой покоя. В результате, когда она падает в черную дыру,
чистая система черной дыры плюс частица на самом деле имеет меньше энергии
, чем это было до того, как частица упала! Таким образом, черная дыра на самом деле становится
легче после того, как частица падает на величину, эквивалентную
энергии, унесенной излучаемой частицей, которая ускользает. В конце концов
черная дыра может полностью излучаться. На данный момент мы не знаем, потому что
в завершающей стадии испарения черной дыры предусматривают физики на таких малых
масштабах, что общая теория относительности сама по себе не может рассказать нам окончательный ответ.
На этих масштабах, гравитация должна рассматриваться как полная квантовомеханическая
теория, и наше нынешнее понимание общей теории относительности не является достаточным
, чтобы позволить нам определить точно, что произойдет.