Каждое утро вы просыпаетесь, пьёте кофе, идёте на работу и даже не задумываетесь о том, что вся ваша жизнь, все ваши мечты, вся человеческая цивилизация и даже самые далёкие галактики, которые мы видим в телескопы, — всё это может находиться внутри гигантской космической ловушки, из которой нет выхода. Добро пожаловать в black hole cosmology — одну из самых безумных и одновременно математически состоятельных гипотез современной физики, которая утверждает, что наша Вселенная существует внутри чёрной дыры.
Звучит как бред сумасшедшего? Возможно. Но этот «бред» публикуется в рецензируемых научных журналах, обсуждается на конференциях по теоретической физике и имеет под собой вполне серьёзный математический фундамент. И знаете что самое раздражающее? Мы, вероятно, никогда не сможем это опровергнуть. Или доказать. Мы застряли в эпистемологическом лимбе, где границы познаваемого оказались тюремными стенами — причём в буквальном смысле.
Когда физики сходят с ума
Идея о том, что мы можем жить внутри чёрной дыры, не родилась на пустом месте и не является плодом воображения писателей-фантастов. Её корни уходят в работы вполне респектабельных физиков-теоретиков, которые просто довели уравнения Эйнштейна до их логического — пусть и крайне некомфортного — завершения.
В 1972 году индийский физик Раджеш Патхрия предположил, что наша Вселенная может быть внутренностью чёрной дыры, существующей в более крупной родительской вселенной. Но настоящий всплеск интереса случился позже, когда за дело взялись такие тяжеловесы, как Ли Смолин и Никодем Поплавски.
Поплавски, работающий в Университете Индианы, в 2010-х годах опубликовал серию работ, в которых использовал теорию Эйнштейна-Картана — расширение общей теории относительности, учитывающее спин частиц и связанное с ним кручение пространства-времени. И вот что он обнаружил: когда материя коллапсирует в чёрную дыру, она не просто схлопывается в точку бесконечной плотности (эту математическую катастрофу физики стыдливо называют сингулярностью). Вместо этого кручение создаёт отталкивающую силу, которая останавливает коллапс и запускает экспоненциальное расширение — чертовски похожее на наш Большой взрыв.
Ирония в том, что физики десятилетиями бились над проблемой сингулярности, потому что она означает, что наши уравнения ломаются. А тут приходит парень и говорит: «А что если сингулярности просто нет? Что если вместо неё — новая вселенная?»
Математика безумия
Давайте на секунду отвлечёмся от философских истерик и посмотрим на голую математику — потому что именно она делает эту гипотезу такой раздражающе правдоподобной.
Общая теория относительности Эйнштейна описывает гравитацию как искривление пространства-времени. Чёрная дыра — это область, где это искривление настолько экстремально, что ничто, даже свет, не может покинуть определённую границу — горизонт событий. Классическая модель предполагает, что в центре чёрной дыры находится сингулярность, где плотность бесконечна, а законы физики капитулируют.
Но вот загвоздка: когда Поплавски включил в уравнения торсион (кручение пространства-времени, связанное со спином фермионов), математика выдала совершенно другой результат. Вместо коллапса в точку происходит нечто вроде «большого отскока» — Big Bounce. Материя, падающая в чёрную дыру, достигает колоссальной, но конечной плотности, после чего начинает расширяться. Для внешнего наблюдателя это выглядит как обычная чёрная дыра. Для гипотетического наблюдателя внутри — как рождение новой вселенной.
И тут начинается самое весёлое. Наша Вселенная расширяется. Это факт, подтверждённый наблюдениями. У неё есть космологический горизонт — граница, за которую мы не можем заглянуть, потому что свет оттуда просто не успевает до нас дойти из-за расширения пространства. Знаете, на что это похоже? На горизонт событий чёрной дыры, только вывернутый наизнанку.
Более того, если посчитать радиус Шварцшильда (размер горизонта событий) для чёрной дыры с массой, равной массе наблюдаемой Вселенной, получится число того же порядка, что и размер наблюдаемой Вселенной. Совпадение? Физики ненавидят совпадения. Они предпочитают называть их «указаниями на глубинную связь».
Большой взрыв как побег, который не удался
Стандартная космологическая модель говорит нам, что примерно 13,8 миллиарда лет назад вся материя и энергия Вселенной были сконцентрированы в невообразимо горячем и плотном состоянии, которое затем начало стремительно расширяться. Мы называем это Большим взрывом и делаем вид, что понимаем, что происходило в первые доли секунды.
На самом деле — нет, не понимаем. Стандартная модель элегантно описывает эволюцию Вселенной начиная примерно с 10⁻⁴³ секунды после «начала» (так называемое планковское время), но что было до этого — terra incognita. Сингулярность в начале времён — это не объяснение, а признание поражения. Это математический способ сказать «здесь наши уравнения выдают бессмыслицу».
Black hole cosmology предлагает альтернативу. Что если Большой взрыв — это не начало всего, а просто момент, когда материя из родительской вселенной, коллапсировавшая в чёрную дыру, «отскочила» и начала расширяться, формируя нашу Вселенную? В этом сценарии время не начинается с Большого взрыва — оно продолжается из предыдущей вселенной через горловину чёрной дыры.
Это объясняет несколько вещей, которые стандартная модель объясняет плохо или не объясняет вовсе. Например, почему ранняя Вселенная была настолько однородной? Стандартный ответ — космологическая инфляция, гипотетический период сверхбыстрого расширения в первые мгновения. Но инфляция — это по сути заплатка на теории, добавленная, чтобы свести концы с концами. В модели Поплавски однородность возникает естественно из свойств торсиона.
Или возьмите проблему барионной асимметрии — почему во Вселенной материи больше, чем антиматерии? Торсионная космология даёт механизм для этого дисбаланса, связанный с хиральностью (различным поведением лево- и правосторонних частиц) в экстремальных условиях внутри чёрной дыры.
Вселенные рождают вселенные
Физик Ли Смолин пошёл ещё дальше и предложил концепцию космологического естественного отбора. Идея настолько дерзкая, что заставляет дарвинистов нервно хихикать, а космологов — чесать затылки.
Суть вот в чём: если каждая чёрная дыра порождает новую вселенную, и если физические константы в этих дочерних вселенных слегка отличаются от родительских (что-то вроде мутаций), то вселенные, которые производят больше чёрных дыр, будут иметь больше «потомков». Со временем — а времени в мультивселенной, надо полагать, достаточно — будут доминировать вселенные, оптимизированные для производства чёрных дыр.
И вот тут становится по-настоящему жутко. Наша Вселенная подозрительно хорошо приспособлена для формирования звёзд, которые в конце жизни коллапсируют в чёрные дыры. Измените чуть-чуть константу тонкой структуры или массу протона — и звёзды либо не образуются вовсе, либо живут так долго, что не успевают взорваться сверхновыми и породить чёрные дыры. Антропный принцип — идея о том, что Вселенная настроена для жизни — получает неожиданный поворот: может, она настроена не для нас, а для чёрных дыр. Мы просто побочный эффект, космический бонус, плесень на стенках вселенской фабрики по производству гравитационных колодцев.
Смолин даже делал предсказания, которые можно проверить: если он прав, невозможно изменить параметры нашей Вселенной так, чтобы она производила больше чёрных дыр, чем сейчас. Мы уже на пике эффективности. Некоторые физики утверждают, что нашли контрпримеры, другие — что эти контрпримеры ошибочны. Спор продолжается.
Почему мы этого никогда не докажем
Вот мы и добрались до самой болезненной части. Всё, что я описал выше, — математически непротиворечиво, элегантно и потенциально истинно. Но как это проверить?
Если мы внутри чёрной дыры, горизонт событий — это граница нашей реальности. По определению, мы не можем получить никакой информации извне. Мы не можем выглянуть наружу и увидеть родительскую вселенную, помахать рукой и спросить: «Эй, мы тут, вы нас видите?» Это принципиально невозможно — не технически, а физически. Горизонт событий работает в одну сторону, и мы на неправильной стороне.
Некоторые физики пытаются найти косвенные свидетельства. Например, если наша Вселенная родилась внутри вращающейся чёрной дыры (а большинство чёрных дыр вращаются), это должно было оставить след в виде небольшой асимметрии в распределении галактик или в реликтовом излучении. Пока такой асимметрии убедительно не обнаружено, но поиски продолжаются.
Есть и философская проблема фальсифицируемости. Карл Поппер учил нас, что научная гипотеза должна быть опровергаемой — иначе это не наука, а метафизика. Black hole cosmology балансирует на грани: она делает некоторые предсказания, но многие её ключевые утверждения принципиально непроверяемы. Это не делает её ложной, но делает её... неудобной. Она обитает в серой зоне между физикой и философией, где уравнения встречаются с экзистенциальным ужасом.
Тюремщик, которого нет
Если вы дочитали до этого места и чувствуете лёгкое головокружение — это нормально. Идея о том, что вся наша реальность может быть «внутренностью» некоего космического объекта в другой, большей реальности, вызывает когнитивный диссонанс. Мы привыкли думать о себе как о центре мироздания — или хотя бы как о его полноправных обитателях. А тут нам говорят, что мы, возможно, живём в побочном продукте гравитационного коллапса, случившегося где-то в другой вселенной.
Но знаете что? Это странным образом освобождает. Если мы внутри чёрной дыры — то внутри чёрной дыры, которая существует в другой вселенной, которая, вероятно, тоже внутри чёрной дыры, и так до бесконечности. Тюрьма без тюремщика. Матрёшка без последней куклы. Регресс, который не требует первопричины.
Религиозные мыслители веками спрашивали: «Кто создал Вселенную?» А потом: «А кто создал создателя?» Black hole cosmology предлагает ответ, от которого эти вопросы просто растворяются: никто. Вселенные создают вселенные, бесконечная цепь без начала и конца. Нет нужды в божественном часовщике, когда часы собирают сами себя из деталей предыдущих часов.
Это не доказывает отсутствие высшего замысла — но показывает, что физика может обойтись без него. А это, согласитесь, само по себе провокационная мысль.
Итак, живём ли мы внутри чёрной дыры? Честный ответ: мы не знаем и, возможно, никогда не узнаем. Но сам факт того, что этот вопрос можно задать на языке математики, что он имеет смысл в рамках наших лучших физических теорий — уже говорит о многом. Границы познаваемого оказались гораздо ближе, чем мы думали. И гораздо страннее. Вселенная не обязана быть интуитивно понятной — она обязана быть только самосогласованной. А самосогласованная тюрьма, из которой нельзя выбраться, — это всё ещё тюрьма. Просто очень, очень большая. Размером со всё, что вы когда-либо знали.