Наука и величайшая неразгаданная тайна

Наука и величайшая неразгаданная тайна

Есть одна загадка, которая, как я вынужден признать, оказалась затруднительной для науки, а именно, вопрос о том, каким образом возникла наша вселенная. Эту загадку можно представить двумя способами: в одном случае ответить на нее невозможно, в другом у нее потенциально есть ответ (но он пока не найден). В первом случае вопрос ставится так: «Что существовало до начала нашей вселенной?» Или «Почему вместо ничто есть что-то?»

Подобная формулировка вопросов не только ненаучна, но и бессмысленна. Это все равно, что спрашивать «Каким было время до того, как началось время?» или «Что находится севернее Северного полюса?» Спрашивать, почему есть что-то вместо ничто, значит подразумевать, что «ничто» является естественным состоянием вещей, а «что-то» требует объяснений. А может, именно «что-то» – это естественное состояние вещей, а «ничто» – загадка, которую требуется разгадать. Как отмечал физик Виктор Стенджер, «современная космология полагает, что никакие законы физики не были нарушены при приведении вселенной к существованию. Показано, что сами законы физики соответствуют тому, чего следовало бы ожидать, если бы вселенная появилась из ничто. Вместо ничто существует что-то потому, что что-то обладает большей стабильностью».[380]

Ответ теиста на вопрос о существовании заключается в том, что Бог существовал еще до вселенной, а затем создал ее из ничто (ex nihilo) в единственный момент сотворения, как описано в книге Бытия. Однако сама концепция Бога, существующего еще до вселенной, а затем создающего ее, подразумевает временную последовательность. И с религиозной, и с научной точкек зрения время начинается с создания вселенной с большим взрывом, значит, Бог должен был существовать за пределами пространства и времени, следовательно, мы, как конечные существа, жизнь которых ограничена конечной вселенной, не в состоянии знать о такой сверхъестественной сущности, разве что она стала естественной и вошла в наш мир, чтобы творить чудеса.

Так или иначе, в этом понимании тайны мы ограничены языком и мыслительным процессом: так как наш мозг конечен и ограничен, мы не в состоянии охватить им, что в действительности означает «бесконечность», «ничто» или «вечность», и подобный мыслительный эксперимент приводит к парадоксам, переходящим в тавтологии, как в случае определения гравитации как свойства объектов притягиваться друг к другу и последующего объяснения, что объекты притягиваются друг к другу ввиду гравитации.[381] Это действительно парадокс – воспринимать вселенную как рождающую время и пространство, а затем спрашивать, что было до вселенной. А тавтология – это давать Богу определение как творцу вселенной, а затем объяснять, что вселенная – это творение Бога. Такие языковые и мыслительные головоломки не приведут нас к удовлетворительному ответу на вопрос. Хорошо передает подобный парадокс лимерик физика Георгия Гамова:

Бесконечность юнец изучал,

Корень он из нее извлекал.

Но узрев результат,

Сам ему был не рад,

В богословы с испугу удрал.

Вторая формулировка той же загадки дает ученым некий материал для работы: почему наша вселенная настроена таким образом, что в ней смогли появиться звезды, планеты, жизнь и разум? Это так называемая проблема точной, или тонкой, настройки, и на мой взгляд, – лучший аргумент существования Бога, которым располагают теисты. Даже нерелигиозных ученых поражает количество параметров, которые должны были сойтись, чтобы зародилась жизнь. Королевский астроном Великобритании сэр Мартин Рис в своей книге «Всего шесть чисел» (Just Six Numbers) описал суть проблемы, отмечая, что «наше появление из простого Большого взрыва зависело от шести «космических чисел», «точно настроенных» на возникновение материи и жизни.[382] Вот эти шесть чисел:

1. ? (омега) = 1, количество материи во вселенной: если бы ? была больше 1, вселенная давно сколлапсировала бы, а если бы ? была меньше 1, галактики не сформировались бы.

2. ? (эпсилон) = 0,007, прочность связей атомных ядер: если бы эпсилон равнялся 0,006 или 0,008, материя в том виде, в котором она известна нам, не существовала бы.

3. D = 3, количество измерений, в которых мы живем: будь измерений 2 или 4, жизнь не существовала бы.

4. N = 10³⁹, соотношение электромагнитной силы к силе тяготения: чуть меньше нулей – и вселенная была бы слишком молодой или слишком маленькой, чтобы в ней эволюционировала жизнь.

5. Q = 1/100000, ткань вселенной: если бы Q была меньше, вселенная не имела бы никаких характерных особенностей, а если бы Q была больше, во вселенной преобладали бы гигантские черные дыры.

6. ? (лямбда) = 0,7, космологическая постоянная или сила антигравитации, которая заставляет вселенную расширяться с ускорением: будь ? больше, это помешало бы формированию звезд и галактик.

Точную настройку этих шести чисел (на самом деле их больше, но эти самые значительные), благодаря которым стала возможной жизнь, иногда объясняют антропным принципом, исчерпывающе объясненным физиками Джоном Барроу и Фрэнком Типлером в книге 1986 года «Антропный принцип в космологии» (The Anthropic Cosmological Principle): «Не только человек приспосабливался к вселенной. Вселенная адаптирована для человека. Представьте себе вселенную, в которой та или иная безразмерная физическая константа из числа фундаментальных меняется на несколько процентов в ту или другую сторону. В такой вселенной человек никогда не появился бы. Это и есть суть антропного принципа. Согласно ему животворный фактор находится в центре всего механизма и замысла мира».[383] Антропный принцип не дает ученым покоя, так как его противоположность, так называемый «принцип Коперника», гласит, что в нас нет ничего особенного. Сторонники теории разумного замысла, креационисты и теологи утверждают, что точная настройка и есть свидетельство разумного замысла божества, их гипотеза – антропный принцип. Я считаю, что есть как минимум шесть альтернативных вариантов этой гипотезе, лучше подтверждающих принцип Коперника.[384]

1. Вселенная не настолько точно настроена для жизни, поскольку большая часть вселенной – пустое пространство, а незначительное количество материи в виде звезд и планет преимущественно непригодно для жизни.

Так называемая проблема точной, или тонкой, настройки – лучший аргумент в пользу существования Бога, которым располагают теисты. Даже нерелигиозных ученых поражает количество параметров, которые должны были сойтись, чтобы зародилась жизнь.

2. Идея вселенной, точно настроенной для нас, – проблема космического шовинизма, более помпезного варианта того, что Карл Саган назвал «углеродным шовинизмом», или же веры, что основой жизни может быть только углерод. Отвергая космический шовинизм, мы видим, что в действительности не вселенная точно настроена на нас, а мы точно настроены на нее. Нам трудно уразуметь, каким образом различные физические явления способны порождать разные формы жизни, и тем не менее это возможно. Наука изучает природу жизни на протяжении всего четырех столетий, а эволюции понадобилось четыре миллиарда лет, чтобы создать жизнь. Эволюция умнее науки. С нашей стороны было бы чрезмерным упрощением утверждение, будто мы знаем наверняка, что при другом наборе законов жизнь не смогла бы эволюционировать.

3. Такие числа, как скорость света и постоянная Планка, на одном уровне являются произвольными числами, которые можно выбирать таким образом, чтобы в их отношениях с другими константами не было ничего случайного или загадочного. Кроме того, такие постоянные могут быть непостоянными в значительных промежутках времени, от Большого взрыва до настоящего, в итоге вселенная оказывается точно настроенной только в настоящем, но не раньше и не позже в своей истории. Физики Джон Барроу и Джон Уэбб называют такие числа непостоянными константами; они доказали, что скорость света, гравитация и масса электрона являются, в сущности, непостоянными во времени.[385]

4. Возможно, шесть магических чисел опираются на основополагающий принцип, который еще только предстоит узнать, когда будет открыта и выстроена теория Великого объединения. Вместо шести загадочных чисел появится только одно. А пока у нас нет всеобъемлющей теории физики, объединяющей квантовый мир субатомных частиц с космическим миром общей теории относительности, мы еще недостаточно знаем о природе нашей вселенной, чтобы совершать скачки за пределы этой природы. Космолог из Калтеха Шон Кэрролл отмечает:

Возможно, общая теория относительности не является корректной теорией гравитации, по крайней мере, в контексте очень ранней вселенной. Большинство физиков полагает, что квантовая теория гравитации, объединяющая каркас квантовой механики с идеями Эйнштейна насчет искривления пространства, потребуется в итоге, чтобы понять, что же все-таки произошло на заре времен. Так что если кто-нибудь спросит вас, что же на самом деле произошло в момент предполагаемого Большого взрыва, возможен лишь один честный ответ: «Я не знаю».[386]

Самой теории Великого объединения всего понадобятся объяснения, но она может быть объяснена с помощью какой-нибудь другой теории, которую нам еще только предстоит постичь, преодолевая невежество настоящего момента на историческом пути науки.

5. Как историк науки, я почти уверен в том, что в астрономии и космологии еще предстоит открыть более масштабные перспективы, которые в корне изменят характер проблемы – от объяснения природы и происхождения вселенной до каких-либо совершенно иных явлений. Вспомним, как менялись наши представления о космосе в последнее тысячелетие: в Древнем Вавилоне центром космоса считалась Земля, вокруг которой вращалось звездное небо, эти взгляды были заимствованы евреями и укрепились благодаря аристотелевской модели неподвижной земли. В Средние века Землю помещали в центр мироздания, а звезды и планеты вращались вокруг нее, перемещаясь по хрустальному своду. В XVI веке революция, которую произвел Коперник, привела Землю в движение и отдалила звезды, в XVIII веке Уильям Гершель предположил, что размытые пятна на небе – это «острова вселенной», в ХХ веке Эдвин Хаббл выяснил, что эти туманности – вовсе не галактика Млечный Путь, а галактики гигантских размеров, удаленные и расширяющиеся со времен Большого взрыва. И наконец, в XXI веке выяснилось, что вселенная расширяется с ускорением. Что же дальше?

6. На основании истории астрономии и других цепочек свидетельств и логики я хотел бы привести доводы в пользу мультиверса, или мультивселенной, в которой наша вселенная, родившаяся в результате Большого взрыва, расширяющаяся постоянно и, скорее всего, обреченная исчезнуть, – всего лишь один из множества пузырьков-вселенных с разными законами природы.[387] Вселенные с шестью магическими числами порождают материю, которая образует звезды, некоторые из них коллапсируют в черные дыры и сингулярность, как, возможно, в момент возникновения нашей вселенной. Таким образом, вселенные, подобные нашей, порождают молодые вселенные с теми же шестью числами, и в некоторых из них развивается разумная жизнь, смышленая настолько, чтобы открыть этот дарвиновский процесс космической эволюции. Мультиверс, содержащий множество вселенной, укладывается в эту историческую траекторию расширяющихся космических горизонтов и подкрепляет давний принцип Коперника, согласно которому мы – не что иное как исполнители эпизодических ролей на планетарной сцене.

Разумеется, к гипотезе мультивселенной нам следует применять правила науки и скептицизма так же усердно, как к любой другой. Есть ли у нас достаточные основания верить в мультиверс? Есть, модели разнообразны, и в соответствии с приведенным выше паттерном нумерации, я разделю их на шесть типов:

1. Вечно возвращающийся мультиверс. Мультивселенная такого типа возникает из вечного цикла «бум-спад» расширения и сокращения вселенной, причем наша вселенная представляет собой всего один «эпизод» окончательного коллапса этого пузырька и нового расширения в вечном цикле. Космолог Шон Кэрролл утверждает, что «пространство и время существовали еще до Большого взрыва; то, что мы называем взрывом, на самом деле нечто вроде перехода от одного этапа к другому». По сути дела, как он говорит, «начального состояния не существует, потому что время вечно. В данном случае мы представляем себе, что Большой взрыв вовсе не начало всей вселенной, хотя он, очевидно, является важным событием в истории наших ближайших окрестностей».[388] Этот мультиверс кажется маловероятным, поскольку все имеющиеся на данный момент свидетельства говорят о том, что наша вселенная не только продолжает расширяться, но и делает это с ускорением. По-видимому, в нашей вселенной недостаточно материи, чтобы остановить расширение вплоть до Большого сжатия, которое приведет к появлению нового пузырька из очередного большого взрыва.[389]

2. Мультиверс с множественными творениями. В теории инфляционной космологии вселенная внезапно возникла при нуклеации пузырька пространства-времени, и если этот процесс создания вселенной является естественным, тогда возможны множественные нуклеации, дающие начало многим вселенным, которые расширяются, но остаются обособленными и между ними не происходит никаких каузальных контактов. Но если такие каузально не связанные вселенные существуют, значит, нет способа получить информацию из них, следовательно, эта природа органически неподтверждаема, то есть она ничем не лучше гипотетического антропного принципа.[390]

3. Многомировой мультиверс. Мультиверс этого типа – следствие «многомировой» интерпретации квантовой механики, в которой существует бесконечное количество вселенных, где всевозможные результаты всевозможных действий, какие только были или будут допустимы, произошли в одной из них. В основе этого мультиверса лежат странные результаты знаменитого эксперимента с двумя щелями, в котором свет проходит через две узкие щели и образует интерференционный рисунок на задней поверхности (это как бросить два камня в пруд и увидеть, как пересекаются концентрически расходящиеся волны, а их впадины и гребни складываются и вычитаются друг из друга). Странности начинаются, если посылать через эти две щели единичные фотоны света по одному: они все равно образуют интерференционный рисунок волн, хотя и не взаимодействуют с другими фотонами. Как такое может быть? Один из ответов заключается в том, что фотоны взаимодействуют с фотонами в других вселенных! В мультиверсе такого типа, иногда называемом «параллельными вселенными», можно встретить своего двойника, и в зависимости от того, в какую вселенную попадешь, твое «параллельное я» будет довольно похожим на тебя или совсем не похожим. Этот сюжет породил немало научной фантастики. На мой взгляд, этот вариант мультиверса не выдерживает «проверку на вшивость». Мысль о существовании множественных версий меня и вас где-то там (а в модели бесконечного мультиверса количество нас может быть бесконечным) просто выглядит prima facie абсурдным и даже менее вероятным, чем теистическая альтернатива.

4. Мультиверс многомерной теории струн. Многомерный мультиверс может появиться, когда трехмерная «брана» (подобная мембране структура, на которой существует наша вселенная) движется сквозь пространство высших измерений и сталкивается с другой браной, в результате чего активизируется процесс создания еще одной вселенной.[391] Существование родственного мультиверса выводится из теории струн, которая по меньшей мере при одном способе расчета дает 10⁵⁰⁰ возможных миров, и в каждом из них свои последовательные законы и константы.[392] Это количество возможных вселенных – единица, а за ней 500 нулей (напомню, что единица с 12 нулями – уже триллион!). Если так, было бы удивительно, если бы во множестве таких миров не нашлось разумной жизни. Виктор Стенджер создал компьютерную модель, которая позволяет проанализировать, какими были бы всего 100 разных вселенных при константах, отличных от наших и варьирующихся на пять порядков в большую и меньшую сторону. Стенджер обнаружил, что звезды, живущие как минимум миллиард лет, необходимый для образования животворных тяжелых элементов, возникли бы при широком разбросе параметров по меньшей мере в половине вселенных в его модели.[393]

Количество возможных вселенных – единица, а за ней 500 нулей!

5. Мультиверс с квантовой пеной. Согласно этой модели вселенные созданы из ничего, но в научной версии ex nihilo это ничто космического вакуума на самом деле содержит квантовую пену, способную пульсировать, создавая дочерние вселенные. В этом случае любой квантовый объект в любом квантовом состоянии может породить новую вселенную, и все они соответствуют каждому возможному состоянию каждого возможного обьекта.[394] Вот объяснение, которое дал в 90-х годах ХХ века для проблемы точной настройки Стивен Хокинг:

Почему вселенная настолько близка к разграничительной линии между повторным коллапсированием и расширением до бесконечности? Для того чтобы приблизиться к нашим нынешним размерам, темпы расширения на ранних стадиях должны быть выбраны с поразительной точностью. Если темпы расширения через секунду после Большого взрыва были бы меньше всего на одну долю 10¹⁰, такая вселенная коллапсировала бы по прошествии нескольких миллионов лет. А если бы они были больше на одну долю 10¹⁰, то по прошествии нескольких миллионов лет такая вселенная была бы преимущественно пуста. Ни в том, ни в другом случае она не просуществовала бы достаточно долго, чтобы в ней развилась жизнь. Таким образом, приходится либо обращаться к антропному принципу, либо искать какое-либо физическое объяснение тому, почему вселенная такая, какая она есть сейчас.[395]

Коллега Хокинга Роджер Пенроуз подбавил таинственности, отметив, что «поразительная степень точности (или «точная настройка») потребовалась, по-видимому, для Большого взрыва того характера, который мы наблюдаем… как минимум одна 10²³» Пенроуз предложил два пути для поиска ответа: либо все это деяние Божие, «либо можно поискать какую-нибудь научную или математическую теорию».[396] Хокинг предпочел второе и дал следующее объяснение: «Квантовые флуктуации приводят к спонтанному возникновению крошечных вселенных из ничего. Большинство вселенных коллапсируют, превращаясь в ничто, но некоторые, достигнув критических размеров, расширяются инфляционно, образуют галактики и звезды, и, возможно, в них возникают существа, подобные нам».[397]

6. Мультиверс естественного отбора. С моей точки зрения, наилучшую модель мультиверса предложил американский космолог Ли Смолин, добавивший дарвиновский компонент к эволюционирующему космосу, в котором существует «естественный отбор» воспроизводящихся различными способами пузырьковых вселенных. Смолин считает, что, как в биологическом аналоге, может существовать отбор разных «видов» вселенных, в каждой из которых действуют свои законы природы. Во вселенных, подобных нашей, множество звезд, а значит, много черных дыр, коллапсирующих в сингулярности, точки, в которых из-за бесконечно сильной гравитации материя имеет бесконечную плотность и нулевой объем. Многие современные космологи считают, что наша вселенная началась с Большого взрыва из сингулярности, поэтому разумно предположить, что коллапсирующие черные дыры создают новые молодые вселенные из этих сингулярностей. Молодые вселенные с законами природы, подобными нашим, пригодны для жизни, в то время как вселенные с кардинально иными законами природы, не подразумевающими звезд и черных дыр, не могут породить молодые вселенные и в итоге вымирают. В перспективе результатом этого космического эволюционного процесса должно стать преобладание таких вселенных, как наша, поэтому нам не стоит удивляться, что мы находимся во вселенной, пригодной для жизни.[398]

Как можно проверить гипотезу мультиверса? Теорию возникновения новых вселенных из коллапсирующих черных дыр можно проиллюстрировать с помощью дополнительных знаний о свойствах черных дыр. Пузырьковые вселенные можно выявить по незначительным изменениям температуры космического микроволнового фонового излучения (реликтового), сохранившегося от Большого взрыва в нашей вселенной, и НАСА недавно запустило космический аппарат, специально сконструированный для исследования этого излучения. Еще один способ проверить эти теории – с помощью лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO), предназначенной для выявления очень слабых гравитационных волн. Если другие вселенные существуют, возможно, «рябь» гравитационных волн укажет на их присутствие. Сила гравитации может быть настолько слаба (по сравнению с силами электромагнитного и ядерного взаимодействия) потому, что частично она «утекает» в другие вселенные. Все может быть.

В перспективе результатом космического эволюционного процесса должно стать преобладание таких вселенных, как наша, поэтому нам не стоит удивляться, что мы находимся во вселенной, пригодной для жизни.

* * *

В конце 2010 года Стивен Хокинг и Леонард Млодинов представили свой ответ на важнейший из Важных Вопросов («Почему вместо ничто существует что-то?», «Почему мы существуем?» и «Почему именно такой набор законов, а не какой-нибудь другой?») в своей книге «Высший замысел» (The Grand Design). Они подошли к проблеме с позиции, названной ими «реализм, обусловленный моделью», исходя из предположения, что наш мозг формирует модели мира на основании поступающей сенсорной информации, что мы пользуемся моделью, наиболее удачно объясняющей события, и подразумеваем, что эти модели соответствуют действительности (даже если это не так) и что, когда не только одна модель дает точные прогнозы, «мы вольны использовать ту модель, которая наиболее удобна». Применяя этот метод, авторы объясняют, что «есть смысл спрашивать не о том, реальна ли модель, а о том, согласуется ли она с наблюдениями». Две модели света, упоминавшиеся ранее, волновая и корпускулярная, служат примером реализма, обусловленного моделью, где каждая модель согласуется с определенными наблюдениями, но ни одна из них не в состоянии объяснить все наблюдения. Хокинг и Млодинов объясняют результаты эксперимента с двумя щелями с помощью модели, разработанной Ричардом Фейнманом и названной «суммированием по историям», где каждая частица в эксперименте с двумя щелями выбирает каждый возможный путь, какой только может, и таким образом взаимодействует сама с собой в разных историях (а не с частицами в других вселенных, как в представленной выше альтернативной модели).

Для того чтобы смоделировать целую вселенную, Хокинг и Млодинов применили М-теорию – продолжение теории струн, включающее одиннадцать измерений (десять пространственных и одно временное) и охватывающее все пять современных моделей теории струн. Как и в случае с моделью света «суммирование по историям» Фейнмана, Хокинг и Млодинов предположили, что сама вселенная выбирает каждый путь из возможных, испытывает влияние всех возможных историй, и это приводит к самому многообразному мультиверсу, какой только можно вообразить. «Согласно этим взглядам вселенная появилась спонтанно, началась всевозможными способами, – объясняют Хокинг и Млодинов. – Большинство их соответствует другим вселенным. Если ряд этих вселенных похожи на нашу, то большинство разительно отличаются от нее. В сущности, многие вселенные существуют со множеством различных наборов физических законов». Несмотря на то, что, как мы видели, кое-кто называет эти разные вселенные мультиверсом, Хокинг и Млодинов утверждают, что «это просто разные проявления суммирования по историям Фейнмана». Применяя множественные модели для объяснения множественных вселенных как всего лишь одной системы с множественными историями, Хокинг и Млодинов заключают: «По этим причинам М-теория – единственная кандидатура на роль всеобъемлющей теории вселенной. Если она конечна, а это еще предстоит доказать, то она будет моделью вселенной, создающей саму себя».[399]

Как вселенная может создать саму себя? Ответ имеет отношение к общей энергии вселенной, которая, по мнению Хокинга и Млодинова, должна быть постоянной и всегда равняться нулю. Поскольку создание такого тела, как звезда или планета, сопряжено с затратами энергии, возникает локальный ненулевой энергетический дисбаланс. «Поскольку гравитация притягивает, гравитационная энергия отрицательна. Понадобится работа, чтобы разделить систему с гравитационными связями, такую как Земля и Луна, – объясняют авторы. – Эта отрицательная энергия может уравновесить положительную, необходимую для создания материи». Но как появляются целые вселенные? «В масштабе всей вселенной положительная энергия материи может быть уравновешена отрицательной энергией гравитации, следовательно, ограничений в создании целых вселенных нет. Поскольку существуют такие законы, как закон всемирного тяготения, вселенная может и будет создавать себя из ничего… Спонтанное творение – причина, по которой вместо ничто есть что-то, по которой существуют вселенная и мы». Хотя авторы признают, что эту теорию еще только предстоит подтвердить наблюдениями. Если она подтвердится, тогда никакое объяснение, в котором фигурирует Творец, не понадобится: вселенная создает сама себя. Я называю это auto ex nihilo.

В настоящее время нет определенных свидетельств в пользу гипотезы мультиверса, однако нет и определенных подтверждений для традиционного ответа на тот же вопрос – «Бог». Для обеих гипотез мы сталкиваемся с доведенным до абсурда вопросом «Что было до мультиверса или Бога?» Если Богу по определению незачем быть сотворенным, тогда почему и мультиверс нельзя определить как то, что не нуждается в сотворении? Возможно, оба они вечны, и их возникновение не требует объяснений. Во всяком случае, у нас есть лишь негативные свидетельства и заявления «Я не могу придумать никакого другого объяснения», которые вообще не относятся к свидетельствам. Если история науки и может преподать нам один урок, то он выглядит так: слишком самонадеянно считать, что теперь мы знаем достаточно, чтобы знать, что мы не можем знать. Так что на время все сводится к когнитивным и эмоциональным предпочтениям: к ответу с одним только отрицательным свидетельством или к полному отсутствию ответа. Бог, мультиверс или неизвестность. Что выбираете вы, зависит от вашего пути к вере и от того, насколько вы хотите верить.

Если гипотеза спонтанного творения подтвердится, тогда никакое объяснение, в котором фигурирует Творец, не понадобится: вселенная создает сама себя.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.