Текст книги "До конца времен. Сознание, материя и поиск смысла в меняющейся Вселенной"

Энтропийный тустеп

Если вы тщательно продумаете сделанные нами шаги, то увидите, что, хотя паровую машину мы разобрали вдоль и поперек, выводы наши выходят за рамки этого исходного пункта XVIII в. Суть нашего анализа – аккуратный учет энтропии, и такой учет можно провести в любом контексте. Это ключевой вывод, поскольку переход энтропии от паровой машины в окружающую среду через выброс теплоты всего лишь один из вариантов абсолютно повсеместного процесса, который мы встретим, когда будем отслеживать эволюцию космоса. Я называю его энтропийным тустепом, подразумевая при этом любой процесс, в котором энтропия системы снижается, поскольку он порождает более чем компенсирующее увеличение энтропии среды. Тустеп гарантирует, что, хотя энтропия, возможно, снижается здесь, она непременно повысится там, обеспечивая суммарный энтропийный рост, который следует из второго начала.

Энтропийный тустеп – основа того, как Вселенная на пути ко все большему беспорядку может тем не менее рождать и поддерживать упорядоченные структуры, такие как звезды, планеты и люди. Дальше мы будем раз за разом встречать тему о том, что, когда энергия течет через систему – как энергия от горящего угля течет через пар, обеспечивая выполнение работы, а затем уходит в окружающую среду, – она уносит прочь энтропию, поддерживая, таким образом или даже порождая, порядок на своем пути.

Именно этот энтропийный танец координирует подъем жизни и разума, а также почти все остальное, что, по мнению разума, имеет значение.

Вы – паровая машина

Учитывая важность сброса энтропии каждый раз, когда паровая машина начинает рабочий цикл, вам, возможно, любопытно, что произойдет, если сброс энтропии прекратится. По существу, отсутствие сброса энтропии эквивалентно отсутствию адекватного сброса теплоты, так что с каждым циклом машина будет греться все сильнее и в конечном итоге перегреется и сломается. Если паровую машину постигнет такая судьба, это может причинить кому-то неудобства, но – при условии, что обошлось без пострадавших, – не станет, скорее всего, ни для кого экзистенциальным кризисом. Однако те же физические принципы задействованы в вопросе о том, могут ли жизнь и разум существовать в будущем до бесконечности. Все очень просто: то, что верно для паровой машины, верно и для вас.

Вы, скорее всего, не считаете себя ни паровой машиной, ни, возможно, вообще физическим устройством. Я тоже лишь изредка описываю себя подобными терминами. Но подумайте: ваша жизнь включает в себя процессы не менее цикличные, чем те, что происходят в паровой машине. День за днем ваш организм сжигает пищу, которую вы съедаете, и воздух, который вдыхаете, чтобы обеспечить энергией работу внутренних механизмов и внешнюю деятельность. Даже мыслительная деятельность – молекулярное движение, происходящее в вашем мозге, – питается за счет этих процессов превращения энергии. Так что вы, как и паровая машина, не могли бы жить без сброса накопившейся энтропии путем отдачи излишней теплоты в окружающую среду. И действительно, вы это делаете. Мы все это делаем. Все время. Именно поэтому, к примеру, военные инфракрасные очки, призванные видеть теплоту, которую мы все непрерывно испускаем, так хорошо помогают солдатам замечать ночью противника.

Мы теперь можем более полно оценить умонастроение Рассела в тот момент, когда он представлял себе далекое будущее. Мы все ведем бесконечное сражение, чтобы противостоять упрямому накоплению отходов, неостановимому росту энтропии. Чтобы мы могли выжить, окружающая среда должна вбирать в себя и уносить прочь все отходы, которые мы вырабатываем, всю накапливаемую энтропию. Встает вопрос: обеспечивает ли среда – под которой мы в данный момент подразумеваем наблюдаемую Вселенную – бездонную пропасть, способную вечно поглощать такие отходы? Может ли жизнь танцевать энтропийный тустеп до бесконечности? Или когда-нибудь наступит время, что Вселенная окажется набитой под завязку и неспособной больше принимать лишнюю теплоту, выделяемую теми самыми действиями, что определяют нас? Станет ли это концом жизни и разума? Правда ли, что – согласно печальной формулировке Рассела – «вся многовековая работа, все служение, все вдохновение, весь блеск человеческого гения обречены на то, чтобы исчезнуть вместе с гибелью Солнечной системы; что храм человеческих достижений будет погребен под останками Вселенной»?[33]33
  Рассел Б. Поклонение свободного человека // Рассел Б. Почему я не христианин. М., 1987. С. 16.


[Закрыть]

Именно эти вопросы станут центральными для нас в следующих главах. Но мы немного забежали вперед. Прежде чем обсуждать жизнь и разум, давайте разберемся, какую роль энтропия и второе начало играют в формировании среды, без которой жизнь и разум не смогут закрепиться.

Для этого нам придется вернуться к Большому взрыву.

3
Энтропия и начало мира

От возникновения к структуре

Когда математика позволяет ученым заглядывать в моменты, лишь доли секунды отстоящие от того, что могло быть началом Вселенной, близость к традиционным сферам религии заставляет некоторых считать, что существует глубокое сродство, или глубокая связь, или глубокий конфликт, ожидающие своего раскрытия. Именно поэтому мне задают вопросы о моих взглядах по поводу Творца почти столь же часто, как и о науке. Мало того, вопросы часто объединяют и то и другое. У нас в дальнейшем будет достаточно времени, чтобы рассмотреть подобные темы, но здесь мы разберем точку соприкосновения, отмеченную в конце предыдущей главы и важную для общей панорамы нашего рассказа: если второе начало термодинамики предписывает Вселенной неумолимый рост беспорядка, как может природа с такой готовностью порождать изящно устроенные высокоорганизованные структуры – от атомов и молекул, звезд и галактик до жизни и разума? Если Вселенная началась с невообразимого взрыва, как мог такой яростный старт дать начало всему этому порядку – от спиральных рукавов Млечного Пути до захватывающих дух земных ландшафтов, хитроумных связей и морщинистых извилин человеческого мозга, музыки, поэзии, литературы и науки, которые этот мозг рождает?

Один из ответов, при помощи которого на протяжении многих эпох люди защищали себя от зачаточных вариантов подобных тревог, состоит в том, что порядок высечен из хаоса каким-то высшим разумом. Человеческий опыт не противоречит такому антропоморфному повороту. В конце концов, значительная часть порядка, с которым мы ежедневно сталкиваемся в рамках современной цивилизации, и правда является творением разума. Но правильное толкование второго начала делает разумный замысел ненужным. Удивительно и одновременно замечательно, что области, в которых сосредоточены энергия и порядок (архетипический пример – звезды), являются естественным следствием того, что Вселенная старательно следует по пути, предписанному вторым началом, и становится все более беспорядочной. В самом деле такие очаги порядка оказываются катализаторами, помогающими Вселенной в долгосрочной перспективе реализовать свой энтропийный потенциал. К тому же по пути они еще способствуют зарождению жизни – и это тоже часть энтропийной прогрессии.

Чтобы разобрать подробнее танец порядка и беспорядка, из которого, собственно, и состоит космологическая история, начнем с начала.

Абрис Большого взрыва

В середине 1920-х гг. священник-иезуит Жорж Леметр использовал недавно предложенное Эйнштейном новое описание гравитации – общую теорию относительности, – чтобы разработать радикальную идею, согласно которой космос начался со взрыва и с тех пор непрерывно расширяется. Леметр вовсе не был диванным физиком. Свою докторскую степень он получил в Массачусетском технологическом институте и принадлежал к тем ученым, которые первыми применили уравнения общей теории относительности к космосу в целом. Интуитивное представление Эйнштейна, позволившее ему после десятилетия изумительных открытий успешно проникнуть в природу пространства, времени и материи, состояло в том, что объекты во Вселенной имеют начало, середину и конец, но сама Вселенная всегда была и всегда будет. Когда проведенный Леметром анализ уравнений Эйнштейна указал на иной вариант, Эйнштейн от него попросту отмахнулся, сказав молодому исследователю: «Ваши расчеты верны, но физика отвратительна»[34]34
  Georges Lemaître, «Recontres avec Einstein», Revue des Questions scientifiques 129 (1958): 129−32. [Репринт: RQS, 183 (2012): 541−5. Английский перевод: http://inters.org/lemaitre-einsten. Хотя эту фразу часто приводят в кавычках как дословную цитату Эйнштейна, в действительности она является меметизированным пересказом фрагмента воспоминаний Леметра о встречах с Эйнштейном. В исходной публикации это изложено так: «Après quelques remarques techniques favorables, il conclut en disant que du point de vue physique cela lui paraissait tout à fait abominable.» – «После нескольких благосклонных технических замечаний он в заключение сказал, что с физической точки зрения это кажется ему совершенно отвратительным». Также вряд ли можно считать корректным выражение «отмахнулся» (в оригинале у Б. Грина «dismissed him out of hand»). Разговор с Эйнштейном начался на прогулке по парку в ходе Сольвеевского конгресса (1927) и был достаточно обстоятельным, чтобы пригласить Леметра продолжить его в такси. – Прим. науч. ред.]


[Закрыть]. Этим Эйнштейн хотел подчеркнуть, что можно мастерски манипулировать уравнениями, но не обладать хорошим научным вкусом, позволяющим определить, какие из ваших математических манипуляций отражают реальность.

Несколькими годами позже Эйнштейн пошел на знаменитую научную «попятную». Тщательные наблюдения, проведенные астрономом Эдвином Хабблом в обсерватории Маунт-Вилсон, показали, что все отдаленные галактики находятся в движении. Все они уносятся прочь. Причем их бегство подчиняется закономерности: чем дальше находится галактика, тем выше ее скорость, что согласуется с математическим выводом из уравнений общей теории относительности. Теперь, когда данные поддержали «отвратительную физику Леметра», Эйнштейн целиком и полностью принял концепцию Вселенной, которая имеет начало[35]35
  В полной истории обращения Эйнштейна к идее расширяющейся Вселенной участвовали два фактора. Во-первых, Артур Эддингтон показал математически, что более раннее предположение Эйнштейна о статичной Вселенной сталкивается с технической проблемой: решение неустойчиво, а именно – если пространство слегка подтолкнуть к расширению, то расширение пространства продолжится, а если слегка же подтолкнуть к сжатию, то пространство будет сжиматься и дальше. Во-вторых, из наблюдательных данных, как уже говорилось в этой главе, становилось все яснее, что пространство не статично. Сочетание того и другого убедило Эйнштейна отказаться от представления о статичной Вселенной (хотя некоторые утверждают, что именно теоретические соображения могли оказать на него наиболее серьезное влияние). Подробности этой истории можно найти в статье: Harry Nussbaumer, «Einstein's conversion from his static to an expanding universe», European Physics Journal – History 39 (2014): 37−62.


[Закрыть].

Инновационные расчеты Леметра и независимая от него работа русского физика Александра Фридмана заложили основы теоретической космологии. За прошедшее с тех пор столетие она проделала огромный путь, и в ее поддержку была собрана масса наблюдательных данных с наземных и космических телескопов. Выработанная в результате современная космологическая картина мира такова: примерно 14 млрд лет назад вся наблюдаемая Вселенная – все, что мы в состоянии увидеть при помощи самых мощных телескопов, которые только можно себе вообразить, – была втиснута в невообразимо горячее, невероятно плотное «зернышко», которое затем начало стремительно расширяться. Остывая по мере расширения, частицы постепенно замедляли свое лихорадочное движение и собирались в сгустки, из которых со временем сформировались звезды, планеты, всевозможные газообразные и каменные объекты, рассеянные по всему пространству, – и мы.

Это и есть, собственно, вся история, если в двух словах. Давайте рассмотрим ее чуть подробнее и разберемся, как без всякого разумного намерения или замысла, без расчета или оценки, без планирования или обсуждения космос порождает скрупулезно упорядоченные конфигурации частиц от атомов до звезд и жизни. Посмотрим, как появление таких упорядоченных структур сочетается со вторым началом термодинамики и его постулатом о неудержимом возрастании энтропии. Станем свидетелями энтропийного тустепа, исполняемого теперь на космологической сцене.

Для этого нам нужно получше разобраться в ряде деталей космологической картины мира. И прежде всего, что заставило изначальное «зерно» начать расширение? Или, проще говоря, что послужило пусковым механизмом Большого взрыва?

Отталкивающее тяготение

В любом языке существует множество антонимов, потому что наш опыт полон противоположностей. Физике тоже досталось: порядок и беспорядок, вещество и антивещество, положительный и отрицательный. Однако со времен Ньютона сила тяготения, кажется, не вписывалась в эту общую закономерность. В отличие от электромагнитной силы, которая может притягивать, а может и отталкивать, гравитация, казалось, умеет только притягивать. Согласно Ньютону, гравитация действует между объектами, будь то частицы или звезды, и заставляет их притягиваться друг к другу – но не наоборот. В отсутствие принципа, который требовал бы симметрии во всех механизмах природы, большинство из тех, кто глубоко задумывался о тяготении, рассматривали его односторонний характер как изначальную характеристику, которую необходимо просто принять. Эйнштейн изменил ситуацию. Согласно общей теории относительности, гравитация может быть отталкивающей. Ньютон не предвидел отталкивающего тяготения, и ни вы, ни я никогда такого не видели. Но отталкивающая гравитация делает ровно то, на что намекает ее название. Вместо стягивания вместе, она расталкивает наружу. Согласно уравнениям Эйнштейна, большие комковатые штуки вроде звезд и планет испытывают на себе действие обычной притягивающей версии гравитации, но существуют экзотические ситуации, в которых сила тяготения может расталкивать объекты прочь друг от друга.

Хотя способность гравитационной силы работать на отталкивание была известна Эйнштейну, как и многим ученым, которые работали над общей теорией относительности после него, ее самое глубокое приложение было открыто более чем полвека спустя. Молодой исследователь Алан Гут понял, что отталкивающая гравитация в принципе могла бы разрешить одну ставящую в тупик космическую загадку. Наблюдения говорят нам, что Вселенная расширяется. Уравнения Эйнштейна с этим согласуются. Но уравнения умалчивали, какая сила миллиарды лет назад запустила процесс расширения. Проведенные Гутом подробные математические расчеты, кульминацией которых стала бессонная ночь в декабре 1979 г., полная лихорадочных вычислений, заставили эти уравнения заговорить.

Гут понял, что если некая область пространства заполнена особой субстанцией, которую мне нравится называть «космическим топливом», и если энергия, содержащаяся в этом космическом топливе, равномерно распределена по этой области, – а не собрана в комок, как звезда или планета, – то результирующая гравитационная сила на самом деле получится отталкивающей. Точнее говоря, расчеты Гута показали, что если крохотная область пространства, возможно не превышающая по размеру одной миллиардной миллиардной миллиардной доли метра в поперечнике, заполнена определенным типом энергетического поля (называемого инфляционным полем) и если энергия в этой области распределена равномерно, как пар, плотность которого одинакова во всем объеме «сауны», то отталкивающая гравитация будет настолько сильна, что эта точка пространства начнет расширяться взрывным образом, почти мгновенно достигнув размеров наблюдаемой Вселенной, если не намного больших. То есть отталкивающая гравитация послужит причиной взрыва. Причем по-настоящему Большого взрыва[36]36
  Alan H. Guth, «Inflationary universe: A possible solution to the horizon and flatness problems», Physical Review D 23 (1981): 347. Формальный физический термин для обозначения «космического топлива» – скалярное поле. В отличие от более привычных электрического и магнитного полей, которые дают вектор в каждой точке пространства (величину и направление электрического или магнитного поля в этой точке), скалярное поле дает в каждой точке пространства лишь одно число (либо числа, из которых можно определить энергию поля и давление). Обратите внимание: в статье Гута, как и во многих последующих работах, подчеркивается роль инфляции в разрешении целого ряда космологических вопросов, прежде ставивших исследователей в тупик, – проблемы монополя, проблемы горизонта и, самое заметное, проблемы кривизны пространства. Доступный и полезный разбор этих вопросов см. в: Alan Guth, The Inflationary Universe (New York: Basic Books, 1998). Мне, вслед за Гутом, нравится объяснять инфляцию, поднимая более интуитивно понятный вопрос об определении внешнего толчка, давшего начало пространственному расширению Большого взрыва. [На русском языке вопрос весьма доходчиво изложен в книге Виленкин А. Мир многих миров. М.: CORPUS, Астрель, 2010. – Прим. науч. ред.]


[Закрыть].

В начале 1980-х гг. советский физик Андрей Линде и американский дуэт Пол Стейнхардт и Андреас Альбрехт приняли эстафету у Гута и развили концепцию, разработав первые жизнеспособные варианты инфляционной космологии. За прошедшие с тех пор несколько десятков лет эти первые работы вдохновили ученых на создание тысяч страниц изощренных математических расчетов и огромного количества подробных компьютерных моделей, наполнивших журналы всего мира разъяснениями и предсказаниями, сделанными на основе предположения об инфляционном прошлом Вселенной. Многие из этих предсказаний сегодня уже подтверждены скрупулезно точными астрономическими измерениями. Я не стану перечислять здесь все наблюдательные данные инфляционной космологии, подробно расписанные во множестве статей и книг, но опишу один успешный проект, который многие физики считают наиболее убедительным. Кроме того, речь пойдет о вещах, которые потребуются нам при рассмотрении следующего этапа развертывания космоса – формирования звезд и галактик.

Послесвечение

По мере стремительного растягивания ранней Вселенной ее обжигающий жар распространялся все шире, постепенно снижая интенсивность и остывая[37]37
  Остывание, о котором идет речь, происходит после завершения инфляционного взрыва, когда Вселенная уже вошла в фазу менее стремительного, но все еще значительного пространственного расширения. Для простоты я обошел вниманием кое-какие промежуточные этапы развертывания космоса. Ранняя Вселенная остывала потому, что значительная часть содержавшейся в ней энергии несла в себе электромагнитные волны, а эти волны с расширением пространства растягиваются. Удлинение электромагнитных волн – так называемое красное смещение – уменьшает их энергию и снижает их общую температуру. Заметьте, однако, что, несмотря на понижение температуры, общая энтропия возрастает из-за увеличения объема пространства.


[Закрыть]. Физики еще в 1940-е гг., задолго до появления инфляционной теории, поняли, что изначальный жар, уменьшенный пространственным расширением до мягкого свечения, должен и сегодня пронизывать Вселенную. Этот замечательный космологический пережиток, получивший название «реликтовое излучение» (или, на формальном языке физики, «космическое микроволновое фоновое излучение»), впервые зарегистрировали в 1960-е гг. исследователи Лаборатории Белла Арно Пензиас и Роберт Вильсон. Их новейшая телекоммуникационная антенна незапланированно приняла пронизывающее пространство рассеянное излучение с температурой всего на 2,7° выше абсолютного нуля. Если в 1960-е гг. вы уже жили на свете, вы, возможно, тоже принимали это излучение. Часть шума, который в те годы можно было видеть на экране телевизора после окончания вещания, объяснялась именно этим пережитком Большого взрыва.

Инфляционная космология уточняет предсказание послесвечения с учетом квантовой механики – законов, разработанных в первые десятилетия XX в. для описания физических процессов, которые разыгрываются в микромире. Поскольку мы говорим обо всей Вселенной – а она большая, – вы можете подумать, что квантовая физика, сосредоточенная на всем маленьком, здесь ни при чем. И если бы не инфляционная космология, то ваша интуиция была бы совершенно права. Но как растягивание эластичного полотна дает возможность рассмотреть особенности переплетения его нитей, так и растягивание пространства в результате инфляционного взрывного расширения вскрывает квантовые черты, надежно скрытые в микромире. В сущности, инфляционное расширение проникает в микромир и растягивает квантовые черты буквально на все небо.

Самый значительный квантовый эффект – тот самый, с которого начался необратимый разрыв с классической традицией, – квантово-механический принцип неопределенности. Этот принцип, открытый в 1927 г. немецким физиком Вернером Гейзенбергом, продемонстрировал, что в мире существуют такие величины – к примеру, координаты и скорость частицы, – которые, по твердому уверению классического физика образца Исаака Ньютона, можно определить с абсолютной точностью, но которые, по представлениям квантового физика, обременены квантовой расплывчатостью, делающей их неопределенными. Это как если бы классическая традиция рассматривала мир сквозь прозрачные полированные очки, которые приводят все физические черты к идеально резкому фокусу, тогда как очки, примеряемые в квантовой перспективе, страдают неустранимой мутностью. В крупных масштабах мира нашего обыденного опыта квантовый туман слишком разрежен, чтобы влиять на наше зрение, так что классическая и квантовая перспективы почти неразличимы. Но чем мельче зондируемые объекты, тем более мутными становятся квантовые линзы и тем более расплывчатым – вид.

После такой метафоры вы, может быть, подумаете, будто достаточно всего лишь протереть квантовые линзы. Но принцип неопределенности установил, что, как бы тщательно мы ни работали и какое бы новейшее оборудование ни использовали, всегда будет оставаться минимальная затуманенность, которую невозможно прояснить. Мало того, само мое описание выдает необъективность человеческого восприятия. Только в сравнении с заведомо неверной классической картиной – картиной, которую мы, люди, открыли первой, потому что она, с одной стороны, проще, а с другой – необычайно точна в доступном человеческим чувствам масштабе, – квантовая реальность кажется туманной. На самом деле именно классическая теория дает приближенное и, следовательно, неточное изображение истинной квантовой реальности.

Я не знаю, почему реальность управляется квантовыми законами. Никто этого не знает. Столетие экспериментов подтвердило целую гору квантово-механических предсказаний, именно поэтому ученые принимают данную теорию. Но, несмотря на это, для большинства из нас квантовая механика остается совершенно чуждой, потому что ее фирменные черты проявляются на расстояниях настолько незначительных, что мы просто не сталкиваемся с ними в повседневной жизни. Если бы сталкивались, то здравый смысл и интуиция формировались бы непосредственно квантовыми процессами и квантовая физика была бы нашей второй натурой. Как сейчас вы нутром чувствуете принципы Ньютоновой физики – например, можете быстро поймать падающий стакан, мгновенно представив себе его траекторию по Ньютону, – так же вы могли бы нутром чувствовать квантовую физику. Но, поскольку такой квантовой интуиции у нас нет, мы полагаемся на эксперимент и математику, которые и формируют наши представления, отражая те аспекты реальности, которые мы не можем воспринимать непосредственно.

Самый обсуждаемый пример, упоминавшийся выше, касается поведения частиц, где мы учимся подправлять четкие траектории, характерные для классической физики, наложением непрерывного мелкого дрожания от квантовой неопределенности. Когда частица перемещается из одной точки в другую, классический физик проведет ее траекторию остро заточенным пером, тогда как квантовый физик проведет по влажному чернильному следу пальцем и размажет путь[38]38
  Существует также не самая популярная точка зрения, которая объясняет туманность изначальным квантовым ограничением на точность измерений, а не фундаментальной размытостью реальности. В этом подходе – его обычно называют «бомовской механикой» в честь физика Дэвида Бома, но иногда говорят и о «теории де Бройля – Бома», включая авторство нобелевского лауреата Луи де Бройля, – частицы сохраняют резкие и тонные траектории. Эти траектории отличаются от тех, что предсказывает классическая физика (на частицы во время движения действует дополнительная квантовая сила), но, воспользовавшись приведенным в главе сравнением, скажем, что эти траектории можно проводить острым пером. Неопределенность и размытость, упоминаемые в более традиционной формулировке квантовой механики, проявляются как статистическая неопределенность начального состояния любой заданной частицы. Разница между двумя этими подходами, хотя и существенная в плане картины реальности, которую рисует каждая из теорий, практически никак не влияет на квантовые предсказания.


[Закрыть]. Но применимость квантовой механики много шире, чем просто движение отдельных частиц; в космологии квантовый принцип неопределенности оказывает решающее влияние на инфляционное поле, питающее стремительное расширение пространства. Хотя я описывал инфляцию как однородную, то есть принимающую одно и то же значение во всех точках в пределах инфляционной области пространства, квантовая неопределенность размывает это утверждение. Неопределенность накладывает квантовую дрожь на классическую однородность, в результате чего величина поля, а следовательно и его энергия, оказывается здесь чуть выше, а там чуть ниже.

Когда инфляционное расширение стремительно растягивает эти крохотные квантовые отклонения энергии, они распространяются на все пространство, делая температуру чуть выше в одном месте и чуть ниже – в другом. Ненамного. Математические расчеты, впервые проведенные физиками в 1980-е гг., показали, что температуры горячих и холодных пятен должны отличаться всего на чуть-чуть, на одну стотысячную долю. Но математика также подсказала, что эти крохотные температурные вариации должны быть видимы, если знать, как их искать. Расчеты показали, что растянутая квантовая дрожь порождает в пространстве вполне различимый рисунок температурных вариаций – оставляет своеобразный космологический «отпечаток пальца», доступный для астрономической экспертизы. И в самом деле, с начала 1990-х гг. несколько телескопов, запущенных в космос, чтобы избежать искажений, вносимых земной атмосферой, один за другим подтвердили предсказанное распределение температурных вариаций со все возрастающей точностью.

Остановитесь на миг, чтобы осознать это. Физики описывают первые мгновения Вселенной при помощи уравнений Эйнштейна, доработанных с учетом предложенного Гутом гипотетического энергетического поля, заполняющего пространство и подчиняющегося принципу квантовой неопределенности, о котором мы узнали от Гейзенберга. Затем математические расчеты инфляционного взрыва показывают, что взрыв этот должен был оставить неуничтожимый отпечаток, «окаменелость» времен сотворения мира в виде специфического рисунка крохотных температурных вариаций на небе. Теперь же сложные термометры космического базирования, построенные спустя почти 14 млрд лет представителями биологического вида, только-только вступающего в период научной зрелости здесь, в Млечном Пути, зарегистрировали в точности этот рисунок.

Это впечатляющий успех, демонстрирующий уже в который раз поразительную способность математики выделять природные закономерности. Но было бы слишком смело называть эти наблюдения доказательством того, что взрыв инфляционного расширения действительно имел место. Когда речь идет о космологических событиях, происходивших миллиарды лет назад на энергетических масштабах, в миллионы миллиардов раз превосходивших, скорее всего, все, что мы можем получить и исследовать в лаборатории, лучшее, что мы можем сделать, – это собрать воедино наблюдения и расчеты, которые помогли бы нам укрепить уверенность в наших объяснениях. Если бы инфляционный взрыв был единственным способом интерпретировать космологические данные, то наша уверенность была бы ближе к убежденности, однако с годами изобретательные ученые разработали несколько альтернативных подходов (с одним из них мы встретимся в главе 10). Подводя итог, скажу, что моя точка зрения, разделяемая многими исследователями, состоит в том, что, хотя мы всегда должны быть открыты новым идеям, бросающим вызов преобладающим на данный момент взглядам, позиции инфляционной космологии, проработанные за последние 40 лет, очень и очень прочны[39]39
  Инфляционная космология – это совокупность теорий (в отличие от конкретной теории), основанных на предположении о том, что на раннем этапе развития Вселенная прошла короткий период стремительного ускоренного расширения. Конкретный механизм возникновения этой фазы и конкретные детали ее развития варьируют от одной математической формулировки к другой. Простейшие варианты плохо уживаются со все более точными наблюдательными данными, поэтому фокус сместился к несколько более сложным версиям инфляционной теории. Критики утверждают, что эти самые более сложные версии менее убедительны, и, более того, демонстрируют, что инфляционная парадигма слишком гибкая и полностью опровергнуть ее невозможно никакими данными. Сторонники утверждают, что мы здесь являемся свидетелями нормального научного процесса: мы непрерывно совершенствуем свои теории, приводя их в соответствие с наиболее точной информацией, извлекаемой из наблюдательных измерений и математических соображений. Говоря в более общем плане и на более формальном языке, утверждение, широко принимаемое космологами, состоит в том, что Вселенная пережила некую фазу, на протяжении которой размер сопутствующего горизонта уменьшился. Менее ясно, верно ли эта фаза описывается инфляционной космологией, в которой динамика обусловлена равномерно распределенной энергией скалярного поля, пронизывающей пространство (см. примечание 3 к этой главе), как я описал, или эта фаза, возможно, вызвана другим механизмом (среди множества предложенных физиками теорий можно назвать такие, как отскакивающая космология, инфляция браны, сталкивающиеся миры – браны, теории с переменной скоростью света и т. п.). В главе 10 мы коротко обсудим возможность отскакивающей космологии в варианте Пола Стейнхардта, Нила Турока и их коллег, в которой Вселенная проходит многочисленные циклы космологической эволюции.


[Закрыть]. И мы в нашем путешествии по большей части будем придерживаться инфляционного маршрута.

Теперь, после этого заявления, рассмотрим, как инфляционное начало уживается с движением к большему беспорядку, которое предписывается вторым началом термодинамики.