Текст книги "Ты – Космос. Как открыть в себе вселенную и почему это важно"

Тонкая настройка, представленная в виде констант, выглядит математической абстракцией. Но, как и в каждой космической загадке, вокруг нас есть видимые доказательства в физической форме. Наглядный пример этого – так называемая проблема плоскостности, добавочная тайна, усложняющая главную: тайну тонкой настройки. Приблизившись как можно более вплотную к началу творения, достигла больших успехов модель космической инфляции, рассмотренная в предыдущей главе. Общепринятая версия этой модели была разработана молодым американским физиком-теоретиком Аланом Гутом в Корнелле в 1979 году и опубликована в 1981 году. По мнению Гута, Вселенная начала расширяться не в самый момент Большого взрыва, но доли секунды спустя.

Доказательство того, что ранняя Вселенная развивалась с поразительной скоростью, опирается на различные «улики». Первая – почти полное единообразие излучения, возникшего во время Большого взрыва и распространяющегося по Вселенной до сих пор. Вторая – то, что космос почти плоский. «Плоскостность» – это научный термин из области физики, относящийся к искривлению Вселенной и распределению материи и энергии в ней. Ньютон разработал теорию гравитации, определив ее как единственную силу, через призму которой ее можно рассматривать. Разработанная Эйнштейном общая теория относительности описывает гравитацию в терминах трехмерной геометрии, так что более сильные или более слабые гравитационные эффекты можно изобразить как искривления в пространстве. Чем больше массы и энергии, тем больше кривизна.

Искривление возможно в обе стороны: сближением кривых, порождающим сферу наподобие баскетбольного мяча, или их расхождением, когда поверхность подобна лошадиному седлу. Физика называет это положительной и отрицательной кривизной соответственно. «Мяч» и «седло» могут быть смоделированы как двумерные поверхности, но кривизна трехмерного пространства гораздо сложнее (например, у шара есть внутренняя и внешняя стороны, а у Вселенной – нет). Общая теория относительности позволяет вычислить, сколько массы и энергии в данном пространстве заставит его искривляться так или иначе. Если бы критические значения оказались превышены, Вселенная свернулась бы в шар, который сжался бы до точки и исчез, или, напротив, бесконечно расширялся бы наружу. Средняя концентрация массы и энергии должна была максимально приблизиться к этой критической величине, чтобы создать Вселенную, которую мы видим, где пространство плоское.

Поскольку младенческая Вселенная была почти бесконечно плотной, ее расширение могло только уменьшить плотность – как ириска, которая, если ее растягивать, становится только тоньше. В нынешней Вселенной плотность массы-энергии на единицу пространства достаточно низка – примерно 6 атомов водорода на кубический метр пространства. В целом нынешняя Вселенная выглядит довольно плоской.

Но есть загвоздка. Уравнения общей теории относительности говорят нам, что, если критическое значение когда-либо действительно колебалось, пусть и немного, эффект этого в ранней Вселенной невероятно возрос бы, и очень быстро. Ясно, что младенческая Вселенная была близка к критическому значению, и это было удачно для того, чтобы Вселенная была такой, как сейчас, а не седловидной или самоколлапсирующей. Но расчеты показывают, что значение, когда Вселенная была юной, не могло отклониться более чем на одну квадриллионную (квадриллион – это единица с 15 нулями). Как возможна настолько ошеломляющая точность?

Решение Алана Гута, принятое как часть стандартной модели, состояло в том, чтобы ввести понятие инфлатонного поля, имеющего определенную плотность, которая никогда не изменяется, в отличие от возникшей из поля Вселенной, плотность которой изменяется по мере ее расширения. (Продолжая грубую аналогию с ириской, кусок ее может быть очень тонким, но сладким он будет всегда.) По сути, поле напоминает сетку, которая поддерживала устойчивость младенческой Вселенной даже в экстремальных, почти хаотических условиях. В результате сегодня мы видим «почти плоским» все, что наблюдаем. (Примечание: в статье того же периода по смежной теме Гут дал основанное на поле решение другой головоломки, известной как проблема горизонта и связанной с обнаруженной однородностью температур во Вселенной. Не будем здесь вдаваться в проблему горизонта: проблема плоскостности иллюстрирует тонкую настройку достаточно ярко.)

Если физика когда-нибудь узнает, как интегрировать квантовую теорию и гравитацию, в один прекрасный день инфляционный сценарий получит полное объяснение. Но основной принцип заключается в том, что «морщины» пространства в квантовом поле (или вакууме) в конечном итоге формируют и видимую Вселенную, и массив галактик. (Эти морщины, или рябь, могли возникнуть из-за мощных гравитационных сил через микросекунды после Большого взрыва. Астрономы продолжают искать остатки этих, как их называют, гравитационных волн, но они неуловимы.) Что произошло до инфляции, не столь ясно: для объяснения планковской эры нужны теоретические разработки, которые пока недоступны.

Ситуация, когда передовая наука должна настолько опираться на совпадения, очень странная. Считать Вселенную казино, где каждой игрой управляет случай, немного мешает интуиция. Что убедило физиков идти этим путем? Несмотря на то, что слово «дизайн» для космологов отвратительно, очень сложно рассматривать проблему тонкой настройки, не подозревая о неких образцах ее, и, как только это подозрение возникнет, придется задать вопрос: откуда пришли эти шаблоны, если все предположительно случайно?

В прошлом веке уже упомянутый Эддингтон и блестящий английский физик Поль Дирак впервые заметили, что можно найти некоторые совпадения в безразмерных соотношениях, то есть говорить о связи микроскопических величин с макроскопическими вместо того, чтобы применять только одни или только другие. Например, отношение электрической силы к гравитационной силе (предположительно постоянная) является большим числом (электрическая сила / гравитационная сила = E / G ≈ 10⁴⁰), но и отношение наблюдаемой величины Вселенной (которая предположительно изменяется) к размеру элементарной частицы также является большим числом, удивительно близким к первому числу: размер Вселенной / элементарная частица = U / EP ≈ 10⁴⁰. Трудно представить себе, чтобы два очень больших числа оказались бы практически равными, не будучи никак связаны между собой.

Дирак утверждал, что между фундаментальными числами есть связь. Существенная проблема заключается в том, что размер Вселенной изменяется по мере того, как космос расширяется, а первое отношение, по-видимому, неизменно: оно включает в себя две предполагаемые константы. Разумеется, это звучит очень абстрактно, но представьте, что вы родились в трех милях от своего лучшего друга. Всю свою жизнь, постоянно, вы дружите, и при этом всякий раз, когда вы переезжаете в новый дом, переезжает и друг, и ваши дома всегда находятся в трех милях друг от друга. Переезд от дома к дому – это изменение. В мире людей ваш друг по любой странной причине может решить, что расстояние между вашими домами должно составлять три мили. Но что должна решить природа, чтоб возникли отношения, которые открыл Дирак? Его гипотеза больших чисел была математической попыткой связать отношения таким образом, чтобы они не были случайными.

Но разве антропный принцип работает не так же? Разве что вместо передовых достижений математики используются логические цепочки, которые могут быть понятны и интуитивно. Если бы на стадионе «Янки» высадились марсиане, вряд ли они поняли бы правила бейсбола, просто наблюдая за игрой. Но они могли понять, что все игроки играют по одним и тем же правилам, которыми обусловлен каждый ход. Если не знать правил, то действия бэттера, не отбивающего мяч, выглядят случайными, как и «кража базы», и многое другое. Антропный принцип пытается остановиться на этом. Даже если мы, как марсиане, не можем понять правил, исследуя Вселенную напрямую, ее точные движения говорят нам о том, что игра идет по правилам.

Антропный принцип особенно привлекателен для авторов тем, что он делает шаг навстречу возможностям человеческой Вселенной. Но есть нюанс, который тревожит и мешает быть оптимистами. Совпадения – ненаучны. Даже совпадение чего-то очень далекого друг от друга – ненаучно. К примеру, на улице или на вечеринке очень редко, но могут встретиться два человека, похожие почти как близнецы. Человек может выглядеть и настолько похожим на Элвиса Пресли, чтобы играть его роль как двойник. Поразительное совпадение, но искать глубинные его причины – совершенно нелогично.

Если задуматься об этом, антропный принцип окажется всего лишь очевидным утверждением: «Мы здесь, потому что сложились подходящие условия для того, чтобы мы были здесь». Эта фраза ничего не объясняет. Она немного похожа на другое утверждение: «Самолеты летят, потому что могут подняться над землей». Тем не менее ни одного достоверного опровержения антропного принципа современная физика тоже не дает.

Один из способов борьбы с неудобными аспектами антропного принципа заключается в предположении, что константы сдвигались по мере эволюции Вселенной – и сдвигаются до сих пор. Это малоприятная возможность. Утешительнее – верить в бесконечные константы, которые никогда не раскачают лодку. Можно «положить в банк» стабильные формулы, вроде E = mc². Но их стабильность может быть иллюзией.

«Иллюзия» – неутешительное слово. Как жить без постоянства констант? Как ходить на работу, бороться с инфекцией с помощью антибиотиков или сводить баланс банковского счета без этих иллюзий? Ответ прост: жить будет лучше. Вечные константы не придется сбрасывать со счетов – придется только научиться видеть сквозь них, понимая, что люди, причастные к Вселенной, имеют более высокий статус, чем цифры, какими бы продвинутыми ни были математики. В человеческой Вселенной константы сдвигаются, чтобы приспосабливаться к людям, а не наоборот. Безусловно, это серьезное заявление. Прямо сейчас мы создаем повод для него, и суть дела – в том, чтобы показать, что даже лучшие ответы в современной физике ведут к непреодолимым проблемам, если не изменится наше мировоззрение.

В рамках этой книги проблема тонкой настройки сводится к двум очевидным вариантам. Один из них рассматривает тонкую настройку как огромное количество нагроможденных друг на друга совпадений, где люди просто случайно попадают в нужную Вселенную. Эту точку зрения поддерживают сторонники Мультивер-са (и М-теории), включая Стивена Хокинга и Макса Тегмарка. Они допускают возможность существования почти бесконечных вселенных, порождающих все возможные сочетания констант, причем зиллионы их не совпадают так, чтоб получилась жизнь. Но одно такое совпадение есть, в нем мы и живем. Это космический эквивалент сотни обезьян, которые нажимают клавиши пишущих машинок и случайным образом создают полное собрание сочинений Шекспира – уже после того, как напечатали гору бреда. Всем правит чистая случайность, и если мы живем в нашей Вселенной при такой ее невероятной маловероятности, то нам очень повезло.

Насколько же нам повезло на самом деле? Оценки, которые согласуются с суперструнами (если они вообще существуют) дают 1 шанс из 10⁵⁰⁰, а 10⁵⁰⁰ – число намного больше, чем число частиц в известной Вселенной. Сто обезьян, которые напечатали бы полное собрание сочинений Шекспира, в миллион раз вероятнее: они могли даже напечатать все остальные произведения западноевропейской литературы, лишь бы последние существовали. Но все становится еще более громоздким: согласно так называемой теории хаотической инфляции, наши шансы оказаться в нужной Вселенной намного меньше, 1/(10¹⁰)¹⁰)⁷! Одно дело – утверждать, что сто обезьян могут написать Шекспира, если получат достаточно времени, но совсем другое – заявлять, что нет другого способа написать Шекспира, как это делают M-теория и гипотеза Мультиверса. (На самом деле центральное требование гипотезы Мультиверса гораздо радикальнее: она утверждает, что возможные законы природы раскрываются бесконечно и бесконечным количеством способов. Вероятности ломаются, если шансы «за» и «против» чего-либо бесконечны. Алан Гут полагает, что здесь, на Земле, двухголовые коровы рождаются редко, но мы можем вычислить вероятность этого, сосчитав конкретные мутации. В Мультиверсе же и обычные, и двухголовые коровы – бесконечны, так что вычислять что бы то ни было насчет них не имеет смысла.)

Мы сказали, что вариантов – два. Другой – и предпочтительный для нас – состоит в том, что Вселенная самоорганизуется. Это обусловлено рабочими процессами внутри нее самой. В самоорганизующейся системе каждый предыдущий слой творения должен регулироваться новым. Таким образом, появление каждого нового слоя во Вселенной, от частицы к звезде, от галактики к черной дыре, не может считаться случайностью, ведь новый слой создан на основе предыдущего и, в свою очередь, регулируется слоем, которым создан сам. То же самое относится ко всей природе, включая человеческий организм. Из клеток образуются ткани, из них – органы, а из органов, наконец, тело. Каждый из этих слоев возникает на основе одной и той же ДНК, но они как бы складываются до тех пор, пока не увенчиваются вершиной творения – человеческим мозгом.

Такое великолепие, как мозг, сравнивается с одной клеткой двоеточия, но даже простейшему слою этой структуры обеспечены забота и питание. ДНК развила навык построения такой иерархии, потому что учебным классом для нее была вся Вселенная. Эта система самоорганизации, по-научному говоря, рекурсивная, то есть такая, где каждый слой обращается сам на себя, чтобы контролировать другой уровень, пронизывает и физику, и биологию.

Например, ваши гены производят белки, которые контролируют и регулируют весь геном, стремясь к видоизменениям и мутациям вашей ДНК. Нейронные сети вашего мозга создают новые синапсы (соединительные промежутки между мозговыми клетками); они, в свою очередь, контролируют и регулируют ранее существовавшие синапсы, которые породили их. Мозг объединяет все новые знания, информацию и сенсорный ввод, связывая это с тем, что вы уже знаете. Независимо от того, говорим мы о генах, мозге или солнечных системах и галактиках, речь идет о самоорганизации. Существованию требуется баланс, а балансу – обратная связь. Контролируя себя, система может автоматически устранять дисбаланс. Каждый новый кусочек Вселенной, как бы мал он ни был, должен создать цикл обратной связи с тем, что породило его. В противном случае этот кусочек не был бы связан с целым – с человеческой точки зрения, он был бы бездомным.

Таким образом, тонкая настройка не загадочна. Никто не находит ничего таинственного в том, как точно совмещены детали автомобильной коробки передач.

Если бы это было не так, машина не работала бы. Работающая Вселенная должна быть столь же точно настроена. К чему же считать, что истина в противоположном, что Вселенная естественным образом разрушается? На самом деле в природе, на каждом уровне, естественна именно самоорганизация. Таким образом, даже когда что-то кажется случайным (удовлетворяющим математике случайности), имеет место некая цель, начиная со всеобъемлющей цели гомеостаза, динамического равновесия всех частей в целое. На наш взгляд, тонкая настройка Вселенной показывает, насколько чувствительна природа, приводящая в порядок галактики тем, что приводит в порядок субатомные частицы.

Самоорганизация внедряется в ткань космоса, действует как невидимый хореограф вне сцены, чтобы управлять эволюцией (но это не должно ошибочно приниматься за ложный след «разумного замысла» сверхъестественного Бога на небе). Гладкое течение Вселенной опирается на квантовые процессы, быстро делая невидимые, микроскопические выборы, которые приводят к конечным результатам на уровне повседневной жизни.

Так получили ли люди возможность существовать на Земле как выигрыш в космической игре в рулетку, преодолев невероятно малые шансы найти нужную Вселенную? Или мы существуем потому, что соответствуем скрытой схеме природы? Большинство людей отвечают в соответствии со своим мировоззрением – либо религиозным, либо научным, либо абстрактным гибридом того и другого. Но одно можно сказать наверняка. Если мы верим в скрытую схему или грандиозный проект, мы увидим некое «там».

Мы участвуем во Вселенной, познавая порядок и выясняя, откуда происходят правила. Эйнштейн был невероятно прав, когда сказал: «Я хочу познать разум Бога; все остальное – просто детали». Замените «разум Бога» на «цель Вселенной», и у вас появится цель, к которой стоит идти всю жизнь.

Откуда пришло время?

Время никогда не должно было быть враждебным нам. Таким сделали его мы, говоря: «У меня заканчивается время» или: «Время истекает». Эти выражения подразумевают, что люди заперты в тюрьме времени без шансов на побег, по крайней мере пока смерть не даст им понять, есть ли надежда на загробную жизнь. Эйнштейн так или иначе нашел способ примириться со временем, сказав, что прошлое и будущее – лишь иллюзии, а существует только настоящее.

Это был один из тех блистательных моментов, когда сходятся мировые духовные традиции и передовая наука. Просветленный ли мудрец или известный физик сказал следующее: «Существует только сейчас, всегда и вечно одно и то же. Настоящее – это единственное, что не имеет конца»?

Автор этих слов – Эрвин Шрёдингер, который, подобно многим пионерам квантовой теории, приближался к мистицизму тем больше, чем лучше понимал революцию, в которой участвовал. Поскольку «мистицизм» для ученого – клеймо, подумайте, был ли Шрёдингер полностью буквален? Тогда нам бы осталась уже привычная несостыковка. Время в повседневной жизни определенно движется – из прошлого, в настоящее, к будущему. Как допустить, что время стоит на месте или, что еще невероятнее, изобретено человеческим разумом?

Вернитесь мысленно к тому, как вы в детстве представляли себе Небеса. Вообразите ли вы ангелов, играющих на арфах, или пастушков, играющих с барашками на зеленых лугах, – все равно каждому ребенку говорят, что Небеса вечны и длятся вечно. Для детского ума – и даже многих взрослых умов – «вечность» звучит скучно и однообразно, в конце концов, даже пугающе: если время разворачивается бесконечно, то и в ангелах с арфами, и в пастушках с барашками скоро не станет ничего привлекательного.

Но на самом деле вечность – не «много-много времени». Вечность безвременна, и когда любая религия обещает вечную жизнь, обещаний на самом деле два. Первое – отсутствие скорбей времени, таких как старение и смерть. Второе обещание гораздо абстрактнее. После смерти мы сами становимся вневременными: в «зоне вечности», где пребывают души, буквально нет времени. Но зачем ждать загробной жизни? Если время – иллюзия, мы должны быть способны оставить земную жизнь всякий раз, когда хотим, здесь и сейчас, и тогда она станет равна небесной.

Ученые, по крайней мере большинство их, так не думают, но именно наука показала нам возможность посмотреть на время иначе. Никто, например, не знал, что время может растягиваться, как резиновая лента, пока Эйнштейн не указал на это. Духовные учителя уже упоминали, что божественное время бесконечно, и теперь некоторые космологи говорят то же самое о Мультиверсе. На самом деле, современная физика очень жадна до времени и стремится к тому, чтобы охватывать его все шире. Если время в буквальном смысле бесконечно, то могут возникнуть бесконечные вселенные, а если бывают бесконечные вселенные, может быть и зеркальное отражение нашей Вселенной, с зеркальным отражением всех нынешних людей. Очень странная перспектива!

Все эти гипотезы, в том числе религиозные, лишь порождения фантазии, пока мы не знаем, откуда взялось время. Нет никаких доказательств тому, что Большой взрыв вообще был. Дело в том, что в чистом хаосе планковской эры, в наименьшем из владений природы до появления времени и пространства, время было всего лишь еще одним ингредиентом в квантовом супе, варящемся сам по себе, без каких-либо «до» и «после», без причин и следствий. Вселенная когда-то была вневременным местом; возможно, она им и осталась.

Часы очень полезны: они показывают время. Но они же – заговорщики, не позволяющие нам узнать правду о времени. Точнейшие атомные часы точны лишь до такой степени, что каждые несколько лет нужно добавлять «корректировочную секунду». Каждый раз, когда это происходит, газеты публикуют соответствующие заметки. Последний раз это было 30 июня 2015 года. Необходимость добавлять секунду возникает из-за того, что вращение Земли постепенно замедляется, а добавление дополнительной секунды приводит к синхронизации мирового (часового) времени с солнечным временем (восходами и заходами солнца).

Часы, основанные на вибрации атомов, могут отмерить миллионную долю секунды, и потому нам кажется, что время почти не оставляет загадок. Когда Эйнштейна попросили объяснить его теорию относительности, он сказал свои знаменитые слова: «Положите свою руку на раскаленную печь и подержите минуту – она покажется часом. Посидите рядом с красивой девушкой час – и он покажется минутой. Это и есть относительность». Эйнштейн схитрил, сославшись на личностный аспект времени, и именно отсюда начинаются тайны. Когда люди испытывают блаженство, они часто вздыхают: «Я хочу, чтобы этот момент длился вечно». Хотят ли они того, что уже, может быть, реально?

У времени два лица, одно из которых – личный опыт, а другое – объективная реальность, которую можно описать языком науки; поэтому вся проблема так запутана. Время в кресле стоматолога или в пробке может тянуться для вас сколько угодно, но время, зарегистрированное часами, не изменится. К этому факту можно отнестись двояко. Можно утверждать, что время часов реально, а «личное» – нет. Можно и решить, что рассматривать время вне личного аспекта возможно только в теории: в мире опыта все время – личное. Мы занимаем вторую позицию, хотя пока что она кажется радикальной и даже своеобразной.

Когда время становится особенно личным, мы замечаем человеческий фактор, который обычно скрывается за пределами видимости, потому что мы принимаем это как должное. Шекспировский отчаявшийся Макбет, убивший предыдущего властителя трона и принесший горькую долю самому себе, устало заявляет:

 
Завтра, завтра, завтра…
День ото дня влачится мелким шагом
Вплоть до последней буквы в книге жизни.
 

Это – классическое выражение личного аспекта времени. Один день неумолимо следует за другим, приближая нас к моменту смерти. Но «мелкий шаг» времени на самом деле иллюзорен. В квантовом поле, где вся реальность – потенциальная, время не течет. Квантовое поле выходит за рамки нашего общего понимания времени, а когда частица выходит из поля, она не имеет истории. Частицы связаны с выключателем «вкл/выкл», а не с прошлым.

В квантовой реальности Макбет сказал бы: «Сейчас, сейчас, сейчас. Нет ничего другого, лишь сегодня». Если течению времени больше нельзя доверять, единственным возможным временем может быть настоящий момент. Он и является мерой «реального» времени, а поток времени, в котором рождаются младенцы и умирают старики, – иллюзия. В этом и проблема. Мы видим, как люди рождаются и умирают, видим много другого, что происходит в потоке времени. Никто не может сказать нам, что все это иллюзорно.

Естественно, эта иллюзия очень убедительна, если вы живы и находитесь на Земле. Но для физика вневременное квантовое поле профильтровано человеческой нервной системой, которая для нашей же собственной выгоды делит время на небольшие практические фрагменты. «Там» – это измерение реальности, полностью отделенное от человеческих проблем. Макбет может бояться умереть, но магнит этого не боится. Он существует в электромагнитном поле, которое на практике никогда не стареет. Пока Вселенная такова, какова она есть, электромагнитное поле остается неповрежденным. Лампочка перегорает, отработав определенное количество часов, но свет не перестает существовать. Даже если космос «закончится» миллиарды лет спустя и каждый источник света погаснет, мы не сможем сказать, что свет состарился.

Он всего лишь отключится.