На Хойла и его коллег, занимавшихся разработкой теории устойчивого состояния, сильное влияние оказала статья, написанная несколько раньше Полем Дираком. Дирак показал, что некоторые безразмерные отношения фундаментальных констант равны 10-40. Он предположил, что это должно иметь какое-то значение, но чтобы сохранить статус-кво, Дираку пришлось ввести изменяющуюся гравитационную постоянную G.
Некоторые из так называемых космических чисел на самом деле были введены задолго до Дирака. Эддингтона в конце жизни зачаровали аналогичные соотношения, на их базе он построил единую теорию, которую назвал фундаментальной (вкратце о ней речь шла раньше). Большинство учёных считает теперь, что Эддингтон дал маху, а вот работу Дирака по-прежнему воспринимают всерьёз.
Дирак закончил Бристольский университет в 1925 году со степенью бакалавра по электротехнике. Получив диплом, он усомнился в том, что способен стать инженером-электриком, и в том, правильно ли он выбрал профессию. Поняв ошибку, он вновь поступил в колледж, на этот раз Сент-Джон в Кембридже, где стал изучать математику. Однако вскоре он заинтересовался физикой и узнал о крупных открытиях в области квантовой теории, которые совершались тогда в Европе; квантовая теория полностью захватила его. Плод этого увлечения Дирака – независимая формулировка квантовой механики, которая позволила пролить свет на две, казалось бы, различные теории, предложенные ранее. Дирак показал, что на самом деле это две разновидности одной и той же теории. Позднее он вспоминал это время как самое интересное в своей жизни.
В 1937 году Дирак начал работать над космическими числами. (Говорят, что первую статью на эту тему он написал в медовый месяц.) Эти числа представляют собой безразмерные отношения фундаментальных констант, таких как заряд электрона e, постоянная Планка h, гравитационная постоянная G и скорость света c. Одно их множество, связанное с микромиром, называется No.1, другое, связанное с макромиром, No.2. Поразительно, что отношения чисел в No.1 и No.2 имеют порядок 1040.
Естественно, тут же возникает вопрос: что это – совпадение или нечто большее? Иногда кажется, что здесь есть какой-то смысл и открывается связь между микро- и макромиром, а значит, между общей теорией относительности и квантовой механикой.
Но прежде всего нужно убедиться в том, что константы действительно неизменны. В некоторые из них входит величина L, связанная с размером Вселенной, a L должно меняться, поскольку, как известно, Вселенная расширяется. Дирак был убеждён, что истинной константой является число 1040, а так как L меняется, то, чтобы это число осталось неизменным, должно соответственно меняться что-то ещё. Он предположил, что изменяется гравитационная постоянная G. Исходя из этого, он сформулировал свою космологию, но вскоре обнаружилось, что она противоречит наблюдениям и от неё пришлось отказаться.
В 1947 году работой Дирака заинтересовался немецкий физик П. Йордан, который построил теорию, основанную на общей теории относительности. В ней допускалось рождение частиц, но вскоре выяснилось, что теория не лишена недостатков, и от неё также пришлось отказаться. Позже аналогичную теорию предложили Бранс и Дикке.
А что если G действительно изменяется? Можно ли измерить её изменение? Прежде всего, изменение должно быть предельно мало, иначе оно уже было бы замечено. Если G уменьшается со временем, то, например, Земля должна была раньше быть горячее и меньше. Имеются ли тому свидетельства? Пока они не обнаружены. Некоторые, правда, указывали на крупные океанские хребты как возможные свидетельства подобного прошлого Земли (такие хребты могли бы появиться при расширении), однако геологи с этим решительно не согласны, и теперь такое объяснение считается неверным.
Кроме того, изменение G повлияло бы на орбиту Луны – период её обращения медленно менялся бы. Конечно, это трудно обнаружить, но достаточно точные приборы позволили бы зарегистрировать такое изменение. Сотрудник Военно-морской лаборатории Т. Ван Фландерн считает, что ему удалось обнаружить такое изменение. Он изучил данные наблюдений затмений звёзд Луной за последние 30 лет, с того момента, когда впервые стали применять атомные часы. Ван Фландерн считает, что после тщательного учёта всех прочих известных эффектов он нашёл свидетельства малого изменения значения G.
Мы уже видели, что у каждой частицы есть античастица; например, в случае электрона – это позитрон. При взаимодействии частицы и античастицы происходит аннигиляция с выделением одного или большего числа фотонов. Другими словами, вещество превращается в энергию.
Мы также видели, что в ранней Вселенной особую роль играло рождение пар. При тогдашних очень высоких энергиях пары частиц рождались в изобилии. Более того, при испарении чёрных дыр также рождаются пары, и чем меньше и горячее становятся чёрные дыры, тем быстрее они испаряются. Короче говоря, во Вселенной должна быть симметрия между частицами и античастицами. Тут же, естественно, возникает вопрос: сохранилась ли эта симметрия во Вселенной до настоящего времени? Отвечать, видимо, следует «нет». Если бы симметрия сохранилась, то мы обнаружили бы значительное количество антивещества в космических лучах, однако там его очень мало.
А не могут ли звёзды или даже галактики целиком состоять из антивещества? В общем, да, если поблизости нет обычного вещества, иначе от антивещества скоро ничего не осталось бы. Если бы Земля и наши тела состояли из антивещества, то неприятностей следовало бы ждать от вещества, хотя оно тоже, видимо, было бы редкостью. Кстати, по виду нельзя сказать, состоит ли галактика из антивещества, однако, так как свидетельств тому нет, а из современных теорий следует, что доминирует во Вселенной обычное вещество, большинство астрономов считает, что так оно и есть.
Правда, не все учёные с этим согласны, поэтому был предложен ряд космологических теорий, основанных на предположении о равноправии вещества и антивещества во Вселенной. Одна из наиболее известных – теория, предложенная О. Клейном и X. Альвеном. Они предположили, что когда-то Вселенная представляла собой «метагалактику» – гигантскую сферу (около триллиона световых лет в поперечнике), состоявшую из равного количества отделённых друг от друга частиц и античастиц. Постепенно под действием взаимного притяжения её частей метагалактика начала сжиматься. Однако даже при такой простой картине сразу возникают трудности – не известно, существует ли притяжение между веществом и антивеществом; возможно, между ними возникает отталкивание. Но вернёмся к теории. Метагалактика продолжала сжиматься, становясь всё меньше и меньше, пока не началась аннигиляция. При этом выделялась колоссальная энергия, и сжатие происходило так стремительно, что остановить его было очень трудно. Наконец, в результате накопления энергии сжатие прекратилось и началось постоянное расширение, которое и наблюдается сегодня.
Хотя теория и интересна, она наталкивается на ряд трудностей. В частности, в её рамках не удаётся адекватно объяснить наличие реликтового излучения. Остаётся открытым вопрос о размерах метагалактики и о том, в чём она существовала.
Помимо обсуждавшихся выше есть ещё ряд альтернативных теорий, но большинство из них учёные не принимают всерьёз, поэтому мы не будем их касаться, сделав исключение лишь для теории «старения света». В ней предполагается, что Вселенная на самом деле не расширяется, а красное смещение спектральных линий далёких галактик вызвано «старением» света, идущего до нас миллиарды лет. Сейчас у этой теории практически нет сторонников.
Как уже упоминалось, согласно инфляционной теории, помимо нашей Вселенной, может существовать множество, возможно, бесконечное количество, других. Однако есть они или нет – нам практически безразлично, поскольку считается, что мы полностью отрезаны от них. Уже говорилось и об идее Хойла, согласно которой Вселенная разделена на «отсеки», но и в этом случае границы между ними непреодолимы.