Удивительные числа Вселенной полностью

В следующие три десятилетия космологическую постоянную во многом игнорировала даже та горстка физиков, которая изучала космологию. Лучшие умы в этой области больше интересовались частицами, борьбой с микромиром и анализом структуры фундаментальных полей. Первоначально космологическую постоянную защищал священник. Возродил ее Яков Зельдович, входивший в число создателей советской атомной и водородной бомбы и один из шестнадцати человек, трижды удостоенных звания Героя Социалистического Труда — высшего звания в Советском Союзе. В конце 1960-х он соединил точки в космологическом вакууме, связав энергию нулевой точки Гейзенберга с космологической постоянной. Это были ресторанные вычисления Паули, но приправленные современными идеями. Как и Паули, Зельдович осознал неприятность. Чертовски серьезную.

Зельдович понял, что, если квантовая теория поля верна, вакуум заполнен бульоном из виртуальных частиц, постоянно появляющихся и исчезающих. Такой бульон должен добавить своеобразный вес вакууму, наполнив его таким количеством энергии и давления, что Вселенная уничтожится. Космологическую постоянную больше нельзя было игнорировать.

Спустя полвека после заявления Зельдовича проблема космологической постоянной все еще актуальна и даже усугубилась. Зельдович считал, что истинная космологическая постоянная должна быть равна нулю. Он не знал, как она исчезает и что может укротить суп из виртуальных частиц, но что-то должно быть. Возможно, какая-то симметрия? Тридцать лет спустя, в конце 1990-х, астрономы стали замечать свидетельства космического ускорения: далекие сверхновые удаляются от нас со все возрастающей скоростью. Это ускорение выглядит так, словно его вызывает космологическая постоянная, но это не та космологическая постоянная, которую предсказывает квантовая теория, и не безумие виртуальных частиц, возникающих и исчезающих в вакууме. Это космологическая постоянная, которая в 10^–120 раз меньше.

Хотя истинное значение космологической постоянной вызывает ряд крайне сложных вопросов, ее существование обычно преподносят как внезапный триумф Эйнштейна. Пусть он в итоге от нее отказался, но ведь космологическая постоянная была его изобретением. Ускоряющаяся Вселенная — также триумф де Ситтера. По мере того как наша Вселенная расширяется, становясь все более разбавленной, кажется, что она приближается к миру де Ситтера — пустой и вечной Вселенной, которую движет вездесущая космологическая постоянная. Но один вопрос все же остается.

Почему она так чудовищно мала?

Ситуация становится отчаянной. Прошло почти столетие с тех пор, как Паули сидел со Штерном в гамбургском ресторане и утверждал, что Вселенная не дошла бы даже до Луны. За это время никто не придумал решения проблемы космологической постоянной, которое удовлетворило бы всех, а возможно, даже кого-нибудь. Мы знаем, что маленькие числа не должны появляться случайно, и тем не менее космологическая постоянная составляет 0,000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001 от ожидаемого значения. Естественность добилась блестящих успехов почти во всех других областях фундаментальной физики, но в космологическом вакууме она проваливается.

Одним из первых ее попытался спасти Нильс Бор. В 1948 году в своем вступительном слове на Сольвеевском конгрессе в Брюсселе он размышлял об энергии нулевой точки. Как и Паули, он знал, что если гравитация увидит ее, то взбесится, схлопнув пространство, поэтому, по его мнению, что-то должно заставлять ее исчезнуть. Он вообразил идеальный баланс в кипящем бульоне: одни частицы наделяют вакуум положительной энергией, другие отрицательной, и происходит компенсация. Словно вас окружает равное число ангелов и демонов. Ангелы несут вам дары счастья и радости, а демоны отнимают их. При их балансе вы ни счастливы, ни печальны. Возможно, так же обстоят дела и с космологической постоянной: одни виртуальные частицы пытаются толкать ее вверх, а другие опускать. В итоге все сводится к нулю.

Бор предположил, что так могут действовать виртуальные протоны и электроны. Как оказалось, они так делать не могут, поскольку и те и другие — фермионы. Виртуальные фермионы в вакуумном супе всегда пытаются толкать энергию вакуума вниз, двигая нас к отрицательной энергии. Однако виртуальные бозоны делают противоположное — пытаются толкать энергию вверх. Первым это заметил Паули. Если бы бозоны вели себя как ангелы, а фермионы — как демоны, то в идеальном равновесии они могли бы компенсировать друг друга, укротив космологический вакуум, как и предполагал Бор.