От личной догадки до теорий Хокинга: исследуем самую смелую аналогию в космологии и то, что стоит за вопросом «что было до?».
Введение: Догадка на краю листа
Почему существует всё вокруг и откуда оно взялось? Этот вопрос волнует человечество на протяжении тысячелетий, от мифов до философских трактатов. Представьте человека без академических регалий, но страстно увлеченного законами физики. Размышляя о начале всего, он делает смелое предположение: может быть, рождение Вселенной — галактик, звезд, планет — похоже на процесс, который происходит в каждом атоме каждую секунду? Возможно, наш мир — это «сбежавшая частица», вырвавшаяся из небытия?
Смелая аналогия между квантовым туннелированием в микромире и рождением космоса не является фантазией. Она находит отклик в современных научных моделях, предложенных такими великими учеными, как Александр Виленкин и Стивен Хокинг. Давайте отправимся в путешествие по пути исследователя-дилетанта: проверим, как наша интуиция соотносится с передовыми идеями космологии, куда она нас ведет и какие преграды неизбежно возникают на нашем пути. Наше путешествие — это путь от яркой догадки через строгие математические уравнения к границам нашего познания.
Часть 1: Блестящая аналогия и современные дебаты
Чтобы понять суть догадки, обратимся к ядерной физике. Представьте альфа-частицу (ядро гелия), запертую внутри более тяжелого атомного ядра. В классической физике у нее нет энергии, чтобы преодолеть высокий барьер ядерных сил. Она остается внутри. Однако квантовый мир подчиняется иным законам. Благодаря принципу неопределенности, у частицы появляется призрачный шанс на невероятное: она не перепрыгивает барьер, а буквально «просачивается» сквозь него. Этот феномен, называемый квантовым туннелированием, превращает «вечно» в «почти мгновенно» и лежит в основе радиоактивного распада.***
***Примечание:
Почему это превращает «вечно» в «почти мгновенно»?
Представьте, что вы миллион раз в секунду «бросаете» мяч в стену. Как будто каждый раз у него есть ничтожная вероятность туннелировать сквозь не. Рано или поздно — возможно, через секунду, возможно, через миллиард лет — эта вероятность реализуется. И тогда событие, которое по всем классическим законам никогда не должно было произойти, случается внезапно. Именно так ведёт себя, например, ядро урана при альфа-распаде: оно может быть стабильным миллиарды лет, но в какой-то случайный миг частица «просачивается» сквозь энергетический барьер, и ядро распадается.
В 1982 году физик-теоретик Александр Виленкин провел смелую параллель: а что, если вся наша Вселенная родилась в результате аналогичного туннельного перехода? Его модель описывала, как пространство-время размером с планковскую длину (10⁻³⁵ м) могло «протуннелировать» из состояния «ничего» — понимаемого не как пустота, а как особое метастабильное вакуумное состояние с иной геометрией [Vilenkin,1982]. Эта идея не осталась застывшей гипотезой. В 2025 году Виленкин вместе с Аланом Гутом, отцом теории инфляции, представил работу, в которой детально исследовал, может ли Вселенная с тороидальной (плоской, но замкнутой) топологией родиться квантовым путем так же эффективно, как и сферическая [Guth,Vilenkin,2025]. Используя уравнение Уилера-Девитта и математические объекты под названием «инстантоны», они подтвердили жизнеспособность сценария квантового творения для нового класса моделей, уточняя граничные условия самого рождения.
Однако у этой элегантной картины есть серьезный научный соперник — модель «состояния без границ», предложенная Джеймсом Хартлом и Стивеном Хокингом [Hartle,Hawking,1983] Если Виленкин описывает туннелирование «из ничего» в реальном времени, то Хартл и Хокинг используют так называемое «мнимое время». В их подходе у Вселенной нет точки-начала как сингулярности; вместо этого её рождение похоже на плавное закругление шара, подобное Южному полюсу Земли, где понятие «южнее» теряет смысл. Это не туннелирование из чего-то, а плавное возникновение из геометрической полноты. Современные обзоры, например, работа Томаса Хертога [Hertog,2023] подчеркивают, что оба подхода используют математику туннелирования, но кардинально расходятся в философской и физической интерпретации исходного состояния.
Дискуссия стала ещё острее с выходом последней значимой работы Хокинга 2018 года, написанной в соавторстве с тем же Хертогом [Hawking,Hertog,2018] Ранние модели, включая развитие идей Виленкина, вели к концепции «вечной инфляции» — хаотичному и бесконечному рождению «пузырьков»-вселенных с разными законами физики, что обесценивало любые предсказания. Хокинг и Хертог предложили «плавный выход» из этого хаоса. Используя голографический принцип из теории струн, они попытались «сжать» мультивселенную до конечного, предсказуемого набора состояний, смотря на рождение Вселенной не «снизу вверх» (от сингулярности), а «сверху вниз» (от текущего состояния).
Но и эта новаторская попытка навести порядок сталкивается с критикой. Современные исследования указывают на сохраняющиеся проблемы, главная из которых — «проблема меры». Если следовать расчетам, наиболее вероятным исходом квантового рождения оказывается не наша сложная Вселенная, а пустой и однородный вакуум де Ситтера [Hertog,2023] Новейшие работы 2025 года продолжают дискутировать о том, как правильно считать вероятности в квантовой космологии, чтобы теория предсказывала именно ту Вселенную, в которой мы живем [Matsui et al., 2025]. Таким образом, математический аппарат, стоящий за рождением мира, всё ещё находится в стадии активной разработки и проверки.
Ключевая метафора — «Вселенная как сбежавшая частица» — остается поразительно точной. Но сегодня мы понимаем, что физики спорят не о самой возможности такого «побега», а о том, как точно описать законы той тюрьмы, из которой он совершился, и какую из множества вероятных дверей он выбрал. Мы живем внутри результата этого грандиозного побега, а наука продолжает искать его протокол.
Часть 2: От первичного кванта к мирозданию
Крошечный квантовый «пузырёк» пространства-времени, возникший в результате туннелирования, не мог оставаться в планковских масштабах. Чтобы из него выросла вся наблюдаемая Вселенная, потребовался механизм катастрофически быстрого раздувания — космическая инфляция. Почти мгновенно, в первые 10⁻³⁶ – 10⁻³² секунды, этот первичный квант пережил фазовый переход и под действием гипотетического инфлатонного поля экспоненциально «раздулся», растянувшись до макроскопических масштабов.
Природа того исходного «ничего» уточняется: речь идет о квантовом вакууме — состоянии с минимально возможной, но не нулевой энергией, где постоянно рождаются и аннигилируют виртуальные частицы. В рамках модели «вечной инфляции» наш мир — лишь один из бесчисленных «пузырей»-вселенных, спонтанно нарождающихся в вечно расширяющемся мета-вакууме.
Эта картина предлагает элегантный способ обойти проблему сингулярности — состояния бесконечной плотности, где уравнения общей теории относительности дают сбой. Вселенная возникает не из математической бесконечности, а из крайне малого, но конечного состояния. Современный анализ показывает, что при строгом задании граничных условий с использованием передовых методов (таких как Лоренцевы континуальные интегралы) различные модели, включая «состояние без границ», могут математически описывать процесс, родственный туннелированию [Lehners, 2023].
Однако эти модели делают разные предсказания для самых ранних моментов. Работа Виленкина и Ямады [Vilenkin, Yamada, 2019] утверждает, что именно туннельное граничное условие предсказывает специфический, подавленный спектр первичных квантовых флуктуаций, который может быть проверен по данным реликтового излучения.
И здесь на помощь теории приходят наблюдения. Анализ данных космической обсерватории Planck выявил интригующие аномалии, например, возможный намек на положительную кривизну пространства [Handley, 2019]. Такая замкнутая геометрия естественным образом возникает в сценариях квантового рождения и может указывать на то, что инфляция длилась конечное, минимально необходимое время, — прямое следствие самого механизма туннелирования.
Окончательную точку в этом споре могут поставить будущие эксперименты. «Священным Граалем» космологии считается обнаружение первичных гравитационных волн — ряби пространства-времени, порожденной квантовыми флуктуациями в эпоху инфляции. Их отпечаток в виде особой B-моды поляризации реликтового излучения стал бы прямым свидетельством квантовой природы процессов, происходивших при энергиях, недостижимых для ускорителей. Чувствительность планируемых миссий, таких как LiteBIRD, как показывают расчёты, позволит проверить ключевые предсказания инфляционных моделей и приблизиться к пониманию самого акта рождения Вселенной [Campeti et al., 2021].
Часть 3: Улики в небе. Что подтверждает эту безумную идею?
Мы не можем поставить эксперимент по рождению Вселенной и увидеть сам момент туннелирования. Но сила теории в её предсказательной мощи. Инфляционная модель детально описала, что должно было произойти сразу после этого события, — и эти предсказания блестяще подтвердились.
Главная «улика» пришла из глубины космоса — космическое микроволновое фоновое излучение, реликтовая радиация, остывший свет от юной Вселенной. Инфляционная теория предсказала, что микроскопические квантовые флуктуации, породившие мир, должны были быть растянуты до космических масштабов, оставив в этом излучении характерный «отпечаток пальца» — мельчайшие неоднородности температуры.
Триумфом этой парадигмы стали данные космических телескопов WMAP и, позже, Planck. Итоговый анализ коллаборации Planck, опубликованный в 2020 году, предоставил наиболее точные на сегодня измерения [Planck Collaboration, 2020]. Ключевой параметр — спектральный индекс скалярных возмущений (nₛ) — оказался равен примерно 0.965, что с огромной статистической значимостью (свыше 8σ) отличается от единицы. Это прямое и недвусмысленное подтверждение того, что начальные флуктуации действительно имели квантовую природу и были «разглажены» инфляцией, что полностью соответствует предсказаниям простейших моделей «медленного скатывания», восходящих к работам А. А. Старобинского, А. Гута и А. Линде.
Это не просто подтверждение факта инфляции, а её строгое количественное ограничение. Данные Planck и последующий анализ, включая работы российских исследователей [Харитонов, Верходанов, 2023], позволяют отбросить целые классы инфляционных моделей, оставляя лишь те, которые согласуются с наблюдаемой картиной. Такая проверка превращает инфляцию из красивой гипотезы в основу стандартной космологической модели.
Мы не можем наблюдать сам квантовый скачок, но видим его прямые и проверяемые последствия. Реликтовое излучение является главным экспериментальным подтверждением того, что самые ранние моменты жизни Вселенной подчинялись законам квантовой физики. Современные исследования, как отмечается в фундаментальном обзоре И. Д. Новикова и В. К. Щиголева (2025), сосредоточены на поиске в этих данных ещё более тонких следов — например, уникальных сигнатур, которые могли бы указать на конкретный механизм рождения (туннелирование Виленкина или состояние без границ Хартла-Хокинга), открывая новую главу в проверке идей квантовой космологии.
Часть 4: Стена. Где кончается аналогия и начинаются гипотезы
Несмотря на всю свою изящность и внутреннюю стройность, модель квантового туннелирования упирается в фундаментальные, пока непреодолимые ограничения. Аналогия с альфа-распадом неполна и вскрывает главную загадку: частица туннелирует в уже существующем пространстве-времени. Но в случае с рождением Вселенной «просачивается» само пространство-время. Возникает парадоксальный вопрос: откуда? В каком внешнем «контейнере» или на каком более фундаментальном фоне происходит этот переход? На этот вопрос у современной науки пока нет не только ответа, но и консенсуса о том, правомерно ли его задавать.
Корень этой проблемы — в отсутствии завершенной теории квантовой гравитации, единого формализма, который объединил бы общую теорию относительности (описывающую Вселенную в целом) и квантовую механику (описывающую микромир). Экстраполяция известных сегодня законов в планковскую эпоху (первые 10⁻⁴³ секунды) является, по выражению многих теоретиков, глубокой спекуляцией [Brandenberger, 2023]. Роджер Пенроуз и другие физики предупреждают, что в этих экстремальных условиях могут «включаться» принципиально иные, пока неизвестные нам законы. Как отмечается в обзоре В. Н. Лукаша и Е. В. Михеевой (2021), именно здесь проходит граница между проверяемой космологией и сценариями, которые, оставаясь математически непротиворечивыми, пока не могут быть ни окончательно подтверждены, ни опровергнуты наблюдениями.
Поэтому сценарий туннелирования из «ничего» — лишь один из возможных в ландшафте современных космологических моделей, каждая из которых пытается обойти проблему сингулярности и начальных условий. Среди них:
- Циклические модели и модель «отскока» [Brandenberger, 2023; Лукаш, Михеева, 2021]: Вселенная не рождается единожды, а пульсирует в бесконечных циклах расширения и сжатия, где каждое новое «начало» — это выход из сверхплотного состояния предыдущего цикла.
- Конформная циклическая космология (Пенроуз): Конец одной Вселенной в состоянии максимальной энтропии математически отождествляется с Большим Взрывом следующей, формируя бесконечную последовательность эонов.
- Модель бран (теория струн): Наш трёхмерный мир — это «брана» (многомерная мембрана), а Большой Взрыв мог быть результатом её столкновения с другой браной в многомерном пространстве.
Все эти модели, включая туннелирование из «ничего», имеют общую черту: в их основании лежит недоказуемый сегодня фундаментальный постулат. Будь то вечная мультивселенная с флуктуирующим мета-вакуумом, вечная циклически обновляющаяся материя или первичное поле с особыми свойствами — это исходные допущения, которые нельзя проверить в отрыве от предсказаний для уже существующей Вселенной. Как заключает Бранденбергер в своём обзоре (2023), это возвращает космологию в точку, где физические аргументы тесно переплетаются с философскими и математическими предпочтениями исследователя. Выбор между «творением из ничего» и «вечным бытием» пока остаётся не научным, а скорее метафизическим решением, к которому физика подводит, но не диктует однозначно.
Часть 5: Глубины вопроса. Наука, метафизика и вера в материю
Здесь мы возвращаемся к голосу нашего исследователя-дилетанта и наталкиваемся на самый глубокий парадокс. Он справедливо замечает: «Вера в вечную материю — это такой же постулат, как и вера в Творца». Действительно, предположение о вечно существующем мультиверсе или циклическом континууме нельзя ни доказать, ни опровергнуть экспериментально в рамках нашей Вселенной. Это аксиоматический выбор.
Возникает еще более тонкий вопрос: если Вселенная родилась благодаря квантовому туннелированию, значит, законы квантовой механики уже «существовали» до неё? Значит ли это, что математика и логика предшествуют материи? Современная философия физики активно дискутирует эту дилемму: являются ли законы природы (вроде принципа туннелирования) фундаментальной сущностью, управляющей миром «извне», или же они сами возникают и проявляются «на лету», вместе с разворачивающейся Вселенной [Chen, 2024]. Последний взгляд предлагает радикальное решение: законы не предшествуют миру — они являются неотъемлемым паттерном его существования.
Стивен Хокинг давал прагматичный ответ, уходя от этой головоломки: если время, как мы его знаем, возникло вместе со Вселенной, то понятие «до» физически лишено смысла. Мы наталкиваемся здесь на пределы не только приборов, но и самого человеческого языка и мышления, сформированных в уже существующем мире с его линейной причинностью.
Здесь и проходит демаркационная линия операциональной науки. Дальше простирается область равновозможных, внутренне непротиворечивых картин мира. Выбор между «творением из ничего» и «вечным бытием», между мультивселенной и единственным космосом, определяется сегодня не столько решающими данными, сколько принципами философской «экономии» (бритвой Оккама), эстетическим чувством математической гармонии и, в конечном счете, личным мировоззрением. Осознание этого не умаляет достижений космологии, а, напротив, чётко очерчивает поле её триумфа и обозначает новый горизонт для будущих прорывов — возможно, лежащих уже за пределами привычных категорий пространства, времени и причинности.
Заключение: Что это меняет? Грандиозный побег и новые вопросы
Итак, дерзкая аналогия привела нас не к простому ответу, а к радикальному переосмыслению самого понятия «начало». Мы обнаружили, что идея «Вселенной-частицы», совершившей квантовый побег из небытия, — это не поэтическая метафора, а строгая математическая модель, которая успешно прошла первую проверку реальностью. Инфляционная космология, вытекающая из этого сценария, подтверждена с беспрецедентной точностью данными реликтового излучения. Сам факт, что мы можем с такой детальностью обсуждать первые доли секунды жизни всего сущего, — триумф человеческого разума.
Однако этот триумф обнажает и новые, более глубокие загадки. Смелая аналогия, с которой мы начали, работает ровно до той границы, где кончается физика в привычном нам понимании. Мы выяснили, что «туннель», через который прошла Вселенная, ведет не в пустоту, а в область, где бессильны сами категории «пространства», «времени» и «причинности». Главный урок современной космологии: вопрос «Что было до?» уступает место другому — «Как из «ничего» возникло «всё»?». Наука подошла к порогу, где её инструменты — уравнения и наблюдения — сталкиваются с необходимостью нового языка, способного описать реальность, в которой законы, возможно, не предшествуют миру, а рождаются вместе с ним.
Что это значит для нашего восприятия мира? Мы не просто случайная пылинка на краю заурядной галактики. Мы — часть удивительного и почти невероятного события: воплощения квантовой вероятности, создавшей сложный, структурированный космос. Наша реальность оказывается одновременно более волшебной и более закономерно обоснованной, чем можно было ожидать.
Поэтому финальный выбор — между вечной мультивселенной и однократным квантовым рождением — сегодня является не просто научным. Это выбор философской эстетики и интеллектуальной смелости. Что кажется вам, читатель, более поразительным: бесконечный, холодный ландшафт вечно рождающихся миров или единственный, хрупкий и ослепительный побег нашей Вселенной из тишины небытия? Важно даже не найти окончательный ответ, а осознать, что сама возможность всерьёз задавать такой вопрос — величайшее достижение науки и свидетельство неукротимой человеческой тяги понять, как устроен дом, в котором мы все неожиданно оказались.
Список источников:
Для части 1: Блестящая аналогия и современные дебаты:
- Guth, A. H. On quantum creation of a toroidal universe / A. H. Guth, A. Vilenkin // arXiv.org [Electronic resource]. — 2025. — URL: arxiv.org (date of access: 16.01.2026). — Preprint.
(Самое актуальное развитие идей Виленкина о квантовом рождении). - Hertog, T. Review of the no-boundary wave function / T. Hertog // Physics Reports. — 2023. — Vol. 1032. — P. 1-60. — DOI 10.1016/j.physrep.2023.06.002.
(Фундаментальный современный обзор, сопоставляющий подходы Виленкина и Хокинга). - Hawking, S. W. A smooth exit from eternal inflation? / S. W. Hawking, T. Hertog // Journal of High Energy Physics. — 2018. — Vol. 2018, № 4. — Art. 147. — DOI 10.1007/JHEP04(2018)147.
(Финальная работа Хокинга, ограничивающая мультивселенную). - Hartle, J. B. The quantum state of the universe / J. B. Hartle, S. W. Hawking // Physical Review D. — 1983. — Vol. 28, № 12. — P. 2960–2975. — DOI 10.1103/PhysRevD.28.2960.
(Классическая альтернатива модели Виленкина). - Local Observation in Eternal Inflation / Matsui H., et al. // ResearchGate [Electronic resource]. — 2025. — URL: www.researchgate.net (date of access: 16.01.2026).
(Свежая критическая работа, ставящая под сомнение предсказательную силу функции Хартла-Хокинга).
Для части 2: От первичного кванта к мирозданию:
- Campeti, P. Next-generation CMB surveys and constraints on primordial gravitational waves / P. Campeti, J. Komatsu, G. Poletti, C. Baccigalupi // Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. — 2021. — Vol. 2021, iss. 01. — Art. 012. — DOI: 10.1088/1475-7516/2021/01/012.
- Handley, W. Curvature tension and a quantum cosmological origin for the inflationary era / W. Handley // Physical Review D. — 2019. — Vol. 100, iss. 12. — Art. 123517. — DOI: 10.1103/PhysRevD.100.123517.
- Lehners, J.-L. Review of the no-boundary wave function / J.-L. Lehners // Physics Reports. — 2023. — Vol. 1022. — P. 1–57. — DOI: 10.1016/j.physrep.2023.06.001.
- Vilenkin, A. Tunneling boundary condition in quantum cosmology / A. Vilenkin, M. Yamada // Physical Review D. — 2019. — Vol. 99, iss. 6. — Art. 066010. — DOI: 10.1103/PhysRevD.99.066010.
Для части 3: Улики в небе. Квантовый отпечаток в реликтовом свете
- Planck 2018 results. X. Constraints on inflation / Y. Akrami, F. Arroja, M. Ashdown [et al.] ; Planck Collaboration // Astronomy & Astrophysics. — 2020. — Vol. 641, art. A10. — DOI: 10.1051/0004-6361/201833887.
- Новиков И. Д. Новые горизонты исследований реликтового излучения Вселенной / И. Д. Новиков, В. К. Щиголев // Успехи физических наук. — 2025. — Т. 195, № 1. — С. 3–42. — DOI: 10.3367/UFNr.2024.08.039600.
- Харитонов Р. В. Ограничения на параметры инфляционных моделей по картам анизотропии реликтового излучения / Р. В. Харитонов, О. В. Верходанов // Астрономический журнал. — 2023. — Т. 100, № 4. — С. 243–258.
Для части 4: Стена. Где кончается аналогия и начинаются гипотезы
- Brandenberger R. B. Post-inflationary cosmology / R. B. Brandenberger // Physics Reports. — 2023. — Vol. 1002. — P. 1–124. — DOI: 10.1016/j.physrep.2022.11.002.
- Лукаш В. Н. Космологические модели ранней Вселенной / В. Н. Лукаш, Е. В. Михеева // Успехи физических наук. — 2021. — Т. 191, № 9. — С. 953–980. — DOI: 10.3367/UFNr.2021.02.038933.
Для части 5: Глубины вопроса. Наука, метафизика и вера в материю
- Chen E. K. The Quantum Monadology: An On-the-Fly Approach to the Laws of Nature // The British Journal for the Philosophy of Science. — 2024. — Vol. 75, № 2. — P. 411–438.
© Блог Игоря Ураева — Разбираю на атомы — чтобы мир стал понятнее.
