Dlaczego istnieje Coś zamiast Niczego?
Dlaczego w ogóle istnieje Wszechświat? W jaki sposób wszystko to, co widzimy wokół nas, mogło powstać z niczego?
Gdy zaczniemy zastanawiać się nad tym, skąd wziął się Wszechświat, ciekawi jesteśmy, rzecz jasna, co tu było, zanim powstał. Oczywistą odpowiedzią jest „nic”. Lecz co to właściwie jest „nic”? Najlepszym sposobem opisania powszechnego zapatrywania na tę sprawę jest stwierdzenie, że „nic” nie jest po prostu tym, czym się wydaje. Od zarania dziejów ludzie mieli problemy z wyobrażeniem sobie nicości czy próżni. Dopiero nie tak dawno potwierdzono istnienie takiego stanu. Znalezienie powodów tych kłopotów nie jest trudne. Czy można bowiem narysować nic? Ja tego nie potrafię. Mogę narysować pustą przestrzeń otaczającą coś (na przykład dwie piłki do koszykówki), lecz nie umiem namalować braku wszystkiego. Ta słaba strona ludzkiej wyobraźni wpłynęła na nasz sposób myślenia o przyrodzie – naukowcy zaakceptowali istnienie próżni dopiero wtedy, gdy fakt ten potwierdziły wyniki powtarzanych doświadczeń.
Aprobata ta nie trwała zbyt długo. Wraz z nastaniem ery mechaniki kwantowej nasz wizerunek „niczego” znów się zmienił. Zgodnie z teorią kwantową próżnia nie jest biernym, obojętnym brakiem materii, lecz zachowuje się aktywnie i dynamicznie. Prawa mechaniki kwantowej mówią, że odrobina materii może się pojawić spontanicznie z niczego, pod warunkiem że: (1) w tym samym czasie pojawi się odpowiednia odrobina antymaterii i (2) że materia połączy się z antymaterią i anihiluje (zniknie z powrotem w próżni) w tak krótkim czasie, że ich obecność nie zostanie bezpośrednio zmierzona. Proces ten nazywany jest kreacją pary wirtualnych cząstek: jednej z materii, jednej z antymaterii.
Wyobraźmy sobie próżnię jako równe pole, a tworzenie wirtualnej pary jako kopanie dziury i usypywanie kopca. Wówczas mamy cząstkę (kopiec z ziemi) i anty-cząstkę (dziura), lecz gdy wsypiemy całą ziemię z kopca do dziury, znów powstanie równa powierzchnia.
Współczesne podejście do próżni jest trochę podobne do obserwacji prażenia kukurydzy, tyle że tę prażoną kukurydzę można równie dobrze „odprażyć”. Wirtualna para pojawia się gdzieś i znika, potem następna pojawia się gdzie indziej i tak dalej. Lecz aby nie wywołać wrażenia, że wszystko to jest jedynie bajką, powinienem zaznaczyć, że od czasu do czasu wędrująca w przestrzeni cząstka, na przykład elektron, przechodzi w pobliżu jednej z takich wirtualnych par i podczas tego spotkania zmienia nieznacznie swój stan. Taką delikatną zmianę można wykryć i w ten sposób nie tylko wyobraźnia wspiera pojęcie kwantomechanicznej próżni!
Tak więc „nic”, z którego wyskoczył Wszechświat, nie było jedynie brakiem wszystkiego, lecz „niczym” z parami wirtualnych cząstek o bardzo wysokiej energii, wyskakującymi zewsząd i znikającymi. To, jak dokładnie odbyło się przejście od tego rodzaju próżni do Wszechświata, w którym żyjemy, pozostaje wielką zagadką i przedmiotem różnorakich spekulacji teoretycznych. Aby przedstawić wyobrażenie o tym, jak działają takie teorie, pozwolę sobie opisać moją ulubioną.
Potraktujmy tworzywo przestrzeni jako coś podobnego do błony balonu szczególnego rodzaju. Obecność jakiejkolwiek materii, nawet pary wirtualnych cząstek, powoduje wydęcie się tworzywa, a to zużywa energię pola grawitacyjnego na wytworzenie materii. Jeżeli to wydęcie jest dostatecznie duże, balon zacznie się rozszerzać. W tym układzie, jeśli wirtualne pary pojawiają się na dostatecznie długą chwilę, w końcu w tym samym czasie i miejscu zaistnieje ich wystarczająco dużo, aby odpowiednie wygięcie przestrzeni zapoczątkowało ekspansję. To jest właśnie zdarzenie, o którym zazwyczaj mówimy Wielki Wybuch. Z obliczeń wynika dziwna rzecz – aby wywołać taki proces, nie potrzeba dużej masy. Całą tę pracę z łatwością wykona 50 kilogramów materii upakowane do objętości mniejszej od objętości protonu. Zgodnie z większością teorii, energia niezbędna do wykreowania reszty masy Wszechświata pochodziła z późniejszego wyginania pól grawitacyjnych.
Taki osobliwy obraz stworzenia ma wiele interesujących aspektów. Dopuszcza na przykład ewentualność zachodzenia tego procesu w dalszym ciągu i istnienia w związku z tym innych wszechświatów poza naszym. Ponadto daje to możliwość tworzenia przez manipulację materią naszych własnych wszechświatów – co kosmolog Alan Guth nazywa „Wszechświatem z warsztatu w suterenie”. I na koniec, dostarcza pisarzom niesłychanie użytecznych cytatów. Na przykład fizyk Edward Tyron tak komentuje fakt, że stworzenie mogło być jedynie szczęśliwym trafem: „Być może Wszechświat jest właśnie jedną z tych rzeczy, które zdarzają się od czasu do czasu”.