Текст книги "Черные дыры и молодые вселенные"

Глава одиннадцатая
Черные дыры и молодые вселенные[45]45
  Лекция прочитана в пользу фонда Хичкока в Калифорнийском университете в Беркли в апреле 1988 г.


[Закрыть]

Падение внутрь черной дыры неоднократно использовалось авторами жанра научной фантастики в самых волнующих эпизодах. На самом деле, черные дыры уже перекочевали из области научной фантастики в область строгой науки. Есть веские основания полагать, что черные дыры реально существуют. Наблюдения подтверждают, что черные дыры имеются в нашей собственной Галактике; еще больше их может быть в других галактиках.

Особенно часто научные фантасты рассуждают о том, что произойдет с путешественником, попавшим в черную дыру. Обычно авторы в своих фантазиях доходят до того, что при падении во вращающуюся черную воронку вы можете проникнуть через небольшое отверстие в пространстве-времени в другую область Вселенной. Это, конечно, открывает широкие возможности для космических путешествий. Действительно, для полетов к другим звездам, не говоря уже о других галактиках, нам нужно что-то в этом роде. Иначе путешествие туда и обратно займет не меньше восьми лет, даже до ближайшей звезды. Ведь наш корабль не может двигаться быстрее скорости света. О том, чтобы провести выходные на Альфа Центавра, даже и не мечтайте! С другой стороны, если пройти через черную дыру, то можно вынырнуть где угодно. Маршрут вашего путешествия будет весьма неопределенным: вы можете направиться на каникулы в созвездие Девы, а попадете в Крабовидную туманность.

Я прошу прощения, но мне придется расстроить будущих галактических туристов: этот сценарий не работает. Если вы прыгнете в черную дыру, вас тут же разорвет на части. Есть, правда, вероятность того, что частицы, из которых состоит ваше тело, выживут и попадут в другую вселенную. Не знаю, насколько это послужит утешением путешественнику, который в этой дыре превратится в спагетти.

Несмотря на довольно легкомысленный тон, с которым я начал эту главу, то, что я скажу дальше, основано на строгих научных данных. С недавних пор мою точку зрения разделяют и другие ученые, работающие в этой области. Конец этой главы, однако, посвящен проблеме, вокруг которой все еще ведутся споры. И интерес к ней постоянно растет.

Идея объекта, который мы сейчас называем черной дырой, родилась более двухсот лет тому назад, хотя сам термин «черная дыра» был введен в 1967 году американским физиком Джоном Уилером. Это был гениальный ход: уже само имя гарантировало, что черные дыры станут непременным атрибутом научно-фантастической литературы. Для исследователей тоже был прок: объекты, которые раньше именовались как попало, получили звучное имя. А в науке очень важно дать хорошее имя тому, что вы собираетесь исследовать.

Насколько я знаю, первый человек, который заговорил о черных дырах, был Джон Митчелл, ученый из Кембриджа. Он написал статью об этом в 1783 году. Представьте, что вы стреляете из пушки вертикально вверх с поверхности Земли. Полет ядра, стремящегося вверх, будет замедляться силами гравитации. В конце концов оно прекратит полет и упадет обратно на Землю. Если же ядро отправится в полет со скоростью, превышающей некую критическую скорость, оно никогда не остановит своего полета и не упадет, а продолжит улетать прочь. Эта критическая скорость называется скоростью убегания. Для Земли эта скорость равна примерно одиннадцать, а для Солнца – сто шестьдесят километров в секунду. Обе эти скорости превышают возможную скорость полета пушечного ядра, но они намного меньше скорости света, которая составляет 300 000 кмс. Это означает, что гравитация не сильно влияет на свет: свет без труда покидает и Землю, и Солнце. Но Митчелл рассуждал так: возможно, существуют звезды, которые существенно массивнее и гораздо меньше по размерам, так что скорость убегания от них превышает скорость света. Мы не сможем увидеть такую звезду, потому что свет с ее поверхности не дойдет до нас – его вернет назад гравитационное поле звезды. Однако мы в состоянии обнаружить присутствие такой звезды по влиянию ее гравитационного поля на окружающее вещество.

Конечно, свет – это вам не пушечное ядро. Эксперимент, проведенный в 1897 году, показал, что свет движется всегда с постоянной скоростью. Каким же образом притяжение может затормозить свет? Стройная теория о влиянии гравитации на свет появилась только в 1915 году, когда Эйнштейн сформулировал свою общую теорию относительности (ОТО). Однако возможности ее применения к старым звездам и другим массивным телам осознали только в 1960-е годы.

Согласно ОТО пространство и время совместно можно рассматривать как четырехмерное пространство, называемое пространством-временем. Это пространство не является плоским: оно искривлено, или изогнуто, находящимися в нем веществом и энергией. Мы замечаем эту кривизну, наблюдая отклонения света или радиоволн, которые проходят мимо Солнца в направлении к Земле. Когда свет проходит мимо Солнца, он очень мало отклоняется от прямого пути. Однако если бы Солнце сжалось до нескольких километров в поперечнике, отклонение было бы настолько большим, что свет не смог бы покинуть Солнце, а был бы притянут к нему его гравитационным полем. Согласно теории относительности ничто не может двигаться быстрее скорости света; поэтому появится такая область, которую никто и ничто не сможет покинуть. Эта область и называется черной дырой, а ее граница – горизонтом событий. Этот горизонт создается светом, который не в силах покинуть черную дыру и поэтому «парит» на этом горизонте.

Может показаться смешным, что Солнце могло бы сжаться до нескольких километров в диаметре. Неужели материя может так сильно сжиматься? Оказывается, может.

Солнце такое большое, потому что оно такое горячее. Оно превращает водород в гелий, как это происходит в водородной бомбе. Тепло, выделяемое при этом, создает давление, позволяющее Солнцу противостоять собственной гравитации, которая стремится его сжать.

Запас ядерного топлива на Солнце когда-нибудь закончится. Но не торопитесь заказывать билеты на другие звезды: Солнце будет радовать нас еще примерно пять миллиардов лет. Однако звезды массивнее Солнца сожгут свое горючее гораздо быстрее. Как только звездная топка погаснет, звезда сразу начнет остывать и сжиматься. Если ее масса не превышает двух масс Солнца, когда-нибудь она прекратит сжиматься и будет пребывать в стабильном состоянии. Одно из таких состояний называется белым карликом. Такой карлик имеет радиус несколько тысяч километров и плотность несколько сотен тонн на кубический сантиметр. Другое возможное состояние – нейтронная звезда. Радиус нейтронной звезды составляет порядка десяти километров, а плотность – миллионы тонн на кубический сантиметр.

В нашей Галактике по соседству мы можем наблюдать множество белых карликов. Нейтронные звезды удалось обнаружить только в 1967 году, когда Джоселин Белл и Энтони Хьюиш в Кембридже открыли объекты, названные пульсарами. Эти объекты излучали регулярные импульсы на радиочастотах. Вначале ученые подумали, что установили контакт с внеземной цивилизацией. Я помню, что конференц-зал, в котором они рассказывали о своем открытии, был украшен фигурками «маленьких зеленых человечков». Но в конце концов все пришли к менее романтическому выводу: обнаруженные объекты оказались вращающимися нейтронными звездами. Это было плохой новостью для авторов космических вестернов, но хорошей новостью для нас, ученых, которые верили в существование черных дыр. Если звезда может сжаться до радиуса в десять или двадцать километров, чтобы стать нейтронной звездой, то тогда от других звезд можно ожидать, что они сожмутся до черной дыры.

Из звезды с массой более двух солнечных масс не получится ни белого карлика, ни нейтронной звезды. Иногда звезда может взорваться и сбросить лишний вес. Но такое случается редко. Некоторые звезды сожмутся чрезвычайно, и их гравитационное поле будет искривлять свет настолько, что он будет возвращаться на звезду. Ни свет, ни что-либо другое не вырвется за пределы звездного притяжения. Звезда станет черной дырой.

Законы физики симметричны относительно направления времени. Поэтому если существуют черные дыры, в которые все проваливается, но из которых ничего не выбирается, должны быть и другие объекты, которые настроены только на «выход», а «вход» в них закрыт. Вполне можно назвать такие объекты белыми дырами. Можно пофантазировать и представить себе, как мы прыгаем в черную дыру в одном месте, а вылетаем из белой дыры в другом. Это был бы самый лучший способ путешествовать на дальние расстояния, о чем мы упоминали раньше. Все, что остается сделать, дабы отправиться в такое путешествие, – отыскать ближайшую черную дыру.

Вначале такие космические путешествия не выглядели как нечто невероятное. Существуют решения уравнений ОТО, которые предполагают возможность входа в черную дыру и последующего выхода из белой дыры. Однако позднее было показано, что все эти решения являются очень неустойчивыми: малейшее возмущение, например, от самого космического корабля, и «кротовая нора» разрушится (кротовая нора – переход, ведущий из черной дыры в белую). Космический корабль будет разорван в клочья бесконечно мощными силами. Путешествие в бочонке, летящем вниз с водопада Ниагара, лишь бледное подобие того, что вас может ожидать в кротовой норе[46]46
  Кротовые норы (от англ. wormhole – червоточина) – гипотетические пространственно-временные тоннели во Вселенной. Могут соединять как разные вселенные, так и разные части одной вселенной. Академик РАН Н.С. Кардашев, в частности, высказал предположение, что одна из таких кротовых нор находится в центре нашей Галактики. Уравнения ОТО допускают существование таких тоннелей в четырехмерном пространстве-времени, если они заполнены экзотической материей с отрицательной плотностью энергии. – Прим. ред.


[Закрыть].

Иллюзии разрушились. Черные дыры могут пригодиться лишь для того, чтобы избавиться от мусора и в крайнем случае – от надоедливых друзей. И теперь черная дыра стала «страной, откуда ни один не возвращался»[47]47
  Цитата из знаменитого монолога Гамлета «Быть или не быть» (Шекспир, «Гамлет», акт 3, сцена 1; пер Б. Пастернака): «Когда бы неизвестность после смерти, боязнь страны, откуда ни один не возвращался, / не склоняла воли мириться лучше со знакомым злом, / чем бегством к незнакомому стремиться!» – Прим. ред.


[Закрыть]. Все, что я говорил до сих пор, было основано на расчетах с использованием ОТО. Теория находится в прекрасном согласии со всеми наблюдениями, которыми мы располагаем. Но все же до конца верной она быть не может, потому что не включает в себя квантовомеханический принцип неопределенности: мы не можем знать одновременно точное положение и точную скорость частицы. Чем более точно мы измеряем ее скорость, тем более «расплывчатым» становится ее положение, и наоборот.

В 1973 году я попытался соединить принцип неопределенности и теорию черных дыр. К моему, и не только моему, удивлению выяснилось, что введение принципа неопределенности делает черные дыры не вполне черными. Оказалось, что они могут испускать из себя излучение и частицы в достаточно устойчивом режиме. Когда я представил свои результаты на конференции, проходившей в пригороде Оксфорда, никто не поверил. Председатель сессии сказал, что это полнейшая чепуха, и даже написал разгромную статью о моем выступлении. Но потом нашлись люди, которые повторили мои расчеты и получили тот же результат. В конце концов даже председатель вынужден был согласиться, что я прав.

Как может излучение вырываться из гравитационного поля черной дыры? Есть несколько путей осмысления этого эффекта. Хотя они кажутся разными, принцип один и тот же. Один путь – признать, что принцип неопределенности разрешает частицам двигаться быстрее света на коротких расстояниях. Благодаря этому частицы и излучение проникают за горизонт событий и выскальзывают из объятий черной дыры. Это один из способов бегства. Но то, что сумело вырваться из черной дыры, отличается от того, что попало в ее плен. Одинаковой будет только энергия.

Поскольку черная дыра испускает частицы и излучение, она будет терять массу. Дыра будет становиться меньше, а частицы при этом терять быстрее. В конце концов она потеряет всю свою массу и исчезнет полностью. Что случится с теми объектами, включая космические корабли, которые попали в ее черную паутину? Согласно одной из моих последних работ, они окажутся в своей собственной, только что появившейся на свет вселенной. Маленькая автономная вселенная ответвится от нашей Вселенной. Эта новорожденная вселенная может вновь соединиться с нашей областью пространства-времени. Если это произойдет, нам будет казаться, что еще одна черная дыра возникла и затем испарилась. Частицы, которые упали на одну черную дыру, появятся в виде частиц, излученных другой дырой, и наоборот.

Казалось бы, это именно то, что нам нужно для космических путешествий сквозь черные дыры. Вы только направьте свой корабль в подходящую. Лучше выбрать экземпляр побольше, иначе гравитационные силы сделают из вас спагетти прежде, чем вы окажетесь внутри. Вам останется только надеяться, что вы выберетесь наружу через какую-нибудь другую дыру, но выбор будет уже не за вами.

Но в этой трансгалактической транспортной системе существуют свои подводные камни. Молодые вселенные, поглотившие частицы, упавшие в черную дыру, возникают в воображаемом времени. В реальном времени для астронавта, попавшего в черную дыру, наступят черные времена. Силы гравитации не пощадят его… Не выживут даже частицы, из которых состояло его тело. В реальном времени эти частицы закончат свой путь в сингулярности. Но в воображаемом времени эти же самые частицы продолжат свое существование. Они попадут в юную вселенную и вновь появятся в виде частиц, излученных другой черной дырой. В некотором смысле астронавт перенесется в другую область Вселенной. Но совокупность этих частиц не обязательно примет форму астронавта. И для него, попавшего в сингулярность в реальном времени, вряд ли послужит утешением то, что его составные части выживут в воображаемом времени. Девизом всякого, попавшего в черную дыру, должно быть: «Подключи воображение».

Как же найти то место, где воскреснут частицы? Количество частиц в новорожденной вселенной будет равно количеству частиц, упавших в черную дыру, плюс количество частиц, излученных черной дырой во время испарения. Это означает, что частицы, упавшие в одну черную дыру, выберутся наружу из другой черной дыры примерно той же массы. Таким образом, можно попытаться выбрать точку выхода, создав черную дыру той же массы, как и та, куда падали частицы. Однако новая черная дыра охотно будет испускать любую другую совокупность частиц с той же общей энергией. Даже если новая черная дыра излучит нужную совокупность частиц, никто не гарантирует, что это будут те же самые частицы, которые упали на старую дыру. Частицы не носят с собой удостоверений личности, и все частицы одного вида похожи друг на друга.

Все вышесказанное свидетельствует о том, что проход сквозь черные дыры вряд ли станет популярным и надежным способом космических путешествий. Во-первых, путешествие будет проходить в воображаемом времени, а на реальное время вам придется махнуть рукой: вас там просто не будет. Во-вторых, пункт назначения выбирать будете не вы. Это похоже на то, как осуществляют перелеты некоторые авиакомпании, которые я могу назвать.

Хотя для космических путешествий молодые вселенные вряд ли пригодятся, их можно с успехом использовать для попыток создания всеобъемлющей единой теории, которая опишет все во Вселенной. Существующие теории содержат целый ряд величин; среди них, например, величина электрического заряда частицы. Наши теории не могут предсказать значения этих величин. Их приходится выбирать, чтобы согласовать с результатами наблюдений. Большинство ученых все-таки склонны верить, что существует такая теория, которая объяснит и предскажет все.

И такая теория вполне может существовать. Наилучшим претендентом на эту роль является теория гетерозисных суперструн. Идея заключается в том, что пространство-время заполнено небольшими петлями, напоминающими фрагменты струн. То, что мы принимаем за элементарные частицы, есть не что иное, как маленькие петли-струны, вибрирующие в разных тональностях. Эта теория не содержит никаких числовых параметров, требующих настройки. Можно ожидать, что эта единая теория будет способна предсказать все значения величин (в том числе электрический заряд частицы), которые современные теории определить не могут. Хотя эта теория суперструн пока еще не способна прогнозировать все, многие надеются, что со временем она дорастет до этого.

Если представленная картина молодых вселенных верна, наша способность предсказывать эти величины будет ограниченной. Дело в том, что мы не можем знать, сколько молодых вселенных, ждущих своей очереди присоединиться к обитаемой нами области, существуют в необъятных просторах. Могут быть вселенные-малютки, состоящие всего из нескольких частиц. Они так малы, что мы даже не заметим, вздумай они присоединиться к нам или ответвиться. Присоединившись, они изменят видимые значения величин (например, электрический заряд частицы). Мы не сможем предсказать, какими будут видимые значения этих величин, так как мы не знаем точное число молодых вселенных, ожидающих своей очереди. Мы можем столкнуться даже со взрывом рождаемости таких малюток. В отличие от человечества перед этой популяцией не стоит таких проблем, как дефицит продуктов или проблемы с жилплощадью. Юные вселенные обитают в своих собственных мирах. Эта проблема сродни известной головоломке: сколько танцующих ангелов смогут удержаться на кончике иглы?[48]48
  Данный вопрос пародирует схоластические диспуты Католической церкви в период позднего Средневековья. Схоласты обсуждали такие вопросы: может ли Всемогущий создать камень, который Сам не сможет поднять? сможет ли ангел переместиться из одной точки в другую, не пройдя через середину пути между этими точками? сколько ангелов могут одновременно находиться в одной точке? Последний вопрос в несколько измененном виде стал синонимом бессмысленного спора. – Прим. ред.


[Закрыть]

Некоторая, хотя и небольшая степень неопределенности все же будет присутствовать в оценках величин большинства параметров, характеризующих молодые вселенные. Однако рассмотренный подход может объяснить наблюдаемое значение одной очень важной величины, так называемой космологической постоянной. В уравнения ОТО этот член был введен для описания присущего пространству-времени свойства расширения или сжатия. Изначально предложенная Эйнштейном величина космологической постоянной была очень мала; он надеялся, что этого будет достаточно для модели стационарной Вселенной. Надежды рухнули, когда было открыто расширение Вселенной. Но не так-то просто было отречься от идеи космологической постоянной. Можно было предположить, что ее значение сильно вырастет, если ввести квантовомеханические флуктуации. Но расширение Вселенной все-таки говорит о том, что космологическая постоянная очень мала. Это есть наблюдательный факт, который вплоть до настоящего времени не получил удовлетворительного объяснения. Гроздья молодых вселенных, которые то отпочковываются, то присоединяются к нашей, будут влиять на видимое значение космологической постоянной. Точного значения этой постоянной мы знать не можем, так как не в состоянии дать прогноз относительно возможного урожая. Но, очевидно, наиболее вероятное значение космологической постоянной близко к нулю. Можно сказать, что нам повезло, потому что только такая вселенная, с очень маленькой космологической постоянной, является подходящей для живых существ, подобных нам.

Итак, что же мы имеем? Частицы падают в черную дыру, черная дыра испаряется и исчезает из нашей области Вселенной. Эти частицы попадают в молодую вселенную, которая отпочковывается от нашей. Потом эта вселенная может вновь присоединиться к нам в каком-нибудь другом месте. Вряд ли этот сценарий поможет нам в планировании космических путешествий. Скорее, он свидетельствует о том, что даже при условии создания единой теории поля нам не удастся понять и объяснить все, что хотелось бы. С другой стороны, мы сейчас можем предложить удовлетворительное объяснение результатов измерений некоторых величин, например космологической постоянной. За последние несколько лет проблемой молодых вселенных заинтересовались многие. Не думаю, чтобы кто-то сказочно разбогател, запатентовав молодые вселенные как средство перемещения по космическим просторам. Но несомненно, что именно они станут полем для интереснейших научных исследований.

Глава двенадцатая
Все ли предопределено на свете?[49]49
  Лекция прочитана на семинаре клуба «Сигма» в Кембриджском университете (апрель 1990 г.).


[Закрыть]

В пьесе «Юлий Цезарь» Кассий говорит Бруту: «…может человек располагать своей судьбой, как хочет» (Пер. П. Козлова). Но таковы ли мы на самом деле? Или же все на свете для нас предопределено и предназначено? Долгое время в пользу предопределенности (научным языком – детерминизма) служило то, что Бог всемогущ и существует вне времени; поэтому Он точно знает, что должно произойти. Так есть ли у нас свободная воля? А если у нас ее нет, то разве мы ответственны за свои поступки? Вряд ли кого-то можно осудить за то, что ему было предопределено ограбить банк. За что же тогда наказывать грабителя?

В недавние времена детерминизм опирался на научную базу. Казалось, что существуют четкие законы, которые управляют Вселенной и всем тем, что развивается в ней. Хотя мы еще не нашли точную форму всех этих законов, мы уже знаем достаточно, чтобы понять, что происходит практически во всех ситуациях, кроме самых экстремальных. Ответ на вопрос, найдем ли мы оставшиеся законы в ближайшем будущем, зависит от точки зрения. Я оптимист и считаю, что вероятность того, что эти законы будут найдены в ближайшие двадцать лет, составляет пятьдесят процентов. Но даже если и не будут, ничего страшного не произойдет. Главное то, что должен существовать свод законов, который полностью определяет эволюцию Вселенной с самой начальной ее стадии. Может быть, эти законы были «изданы» Богом. Но представляется, что Он (или Она) не вмешиваются в дела Вселенной, чтобы эти законы нарушить.

Возможно, первоначальная конфигурация Вселенной была избрана Богом, а может быть, она была определена законами науки. В любом случае, судя по всему, все во Вселенной затем эволюционировало в соответствии с последними, поэтому трудно до конца считать себя хозяевами своей судьбы.

Представление о том, что существует великая единая теория, определяющая все во Вселенной, порождает много трудностей. Прежде всего такая теория должна быть компактна и элегантна с математической точки зрения. «Теория всего» должна, с одной стороны, быть простой, а с другой – содержать некую изюминку. Но как могут несколько формул отвечать за весь мир во всей его простоте и сложности? Можно ли всерьез верить в то, что великая единая теория предписала Шинейд О’Коннор занять первую строчку хит-парада на этой неделе или поместила Мадонну на обложку журнала Cosmopolitan?

Еще один интересный вопрос: определяет ли единая теория содержание и справедливость наших высказываний? Но почему предопределено, что они должны быть правильными? Скорее, наоборот, потому что на каждое правильное существует множество неверных высказываний. Каждую неделю разные люди присылают мне по почте целую кучу различных теорий. Большинство из них никуда не годится. Тем не менее можно предположить, что великая теория велит авторам считать свои теории правильными. Тогда почему мои высказывания должны считаться более обоснованными? Но разве на меня не распространяется действие этой единой теории?

Третья проблема. Нам кажется, что у нас есть свободная воля, то есть свобода совершать любые поступки. Но если все предопределено законами науки, то свободная воля – всего лишь иллюзия, а если ее у нас нет, где основания полагать, что мы должны отвечать за свои поступки? Мы не наказываем душевнобольных, потому что они ничего не могут поделать со своей болезнью. Но если все предопределено, никто не в силах что-нибудь поделать с самим собой. Почему тогда кто-то за что-то должен отвечать?

Проблемы детерминизма обсуждаются уже много веков. Эта дискуссия имела несколько отвлеченный характер, поскольку мы были далеки от полного знания законов науки и не представляем, как, собственно, все началось во Вселенной. Теперь эти проблемы приобрели еще большую остроту, поскольку появилась возможность найти единую теорию поля в течение ближайших двадцати лет. И мы понимаем, что Вселенная сама могла быть создана в соответствии с научными законами. Далее я попытаюсь, насколько смогу, решить эти проблемы. Я не претендую на какую-либо оригинальность или глубину, но это лучшее, что я могу предложить на данный момент.

Начнем по порядку. Как может относительно простая и компактная теория воссоздать Вселенную во всей сложности, о которой нам известно, причем с массой тривиальных мелочей? Разгадкой является квантовомеханический принцип неопределенности, утверждающий, что мы не можем с одинаковой точностью измерить положение и скорость частицы. Чем точнее мы измеряем положение, тем менее точной получается скорость, и наоборот. В настоящее время, когда все объекты достаточно удалены друг от друга, эта неопределенность не столь важна, так как небольшая неточность их координат несущественна. Но в очень молодой Вселенной, где все было так близко друг к другу, простор для неопределенности был очень большим, и перед Вселенной простиралось целое море возможностей. Благодаря ним Вселенная могла бы иметь различные сценарии развития. Во многом эти сценарии в дальнейшем перекликались бы друг с другом. Они описывали бы однородную, гладкую и расширяющуюся Вселенную. Однако они бы различались в деталях: таких как распределение звезд на небе и, более того, звезд на обложках журналов. (Конечно, если бы в этих сценариях было место иллюстрированным журналам.) Таким образом, многообразие во Вселенной возникло из принципа неопределенности, работавшего на ранних стадиях. Благодаря ему мы имеем целое семейство возможных сценариев развития макрокосмоса. Быть может, в некоем параллельном мире во Второй мировой войне победили бы нацисты, хотя вероятность этого и мала. Но нам посчастливилось жить в мире, где победили союзники, а Мадонна попала на обложку журнала Cosmopolitan.

Теперь я перехожу ко второй проблеме. Если то, что мы делаем, предопределено некоторой единой теорией, она совсем не обязательно предписывает нам делать правильные умозаключения о Вселенной. Почему должны быть справедливыми наши высказывания? Мы ведь запросто можем ошибаться. В решении этой проблемы я опираюсь на теорию естественного отбора Дарвина. Я считаю, что самые примитивные формы жизни на Земле возникли спонтанно из случайных комбинаций атомов. Возможно, эта ранняя форма жизни была большой молекулой. Но, скорее всего, это была не молекула ДНК, поскольку шансы случайного появления такой сложной молекулы на свет крайне малы.

Ранняя форма жизни начала себя воспроизводить. Квантовый принцип неопределенности в сочетании со случайными тепловыми движениями атомов приводил к разного рода ошибкам и отклонениям при воспроизведении. Большинство этих отклонений были фатальными для выживания организма или его способности к воспроизведению. Особи с такими отклонениями не давали потомства и вымирали. Но чисто случайно происходили и такие очень немногочисленные изменения, которые оказались благоприятными для выживания и воспроизведения организмов. Постепенно эти усовершенствованные механизмы приходили на смену первоначальным.

Развитие двойной спиральной структуры ДНК, возможно, было одним из таких усовершенствований, происшедших на ранней стадии. Это был грандиозный успех, который мог полностью вытеснить более раннюю форму жизни, какова бы она ни была. Эволюция привела к развитию центральной нервной системы. Создания, которые правильно распознавали данные, собранные их органами чувств, и предпринимали адекватные действия, обладали большей способностью к выживанию и воспроизведению. С появлением человеческой расы началась новая стадия. Что касается нашего тела и ДНК, мы очень похожи на высших приматов. Однако небольшое изменение в наших ДНК привело к появлению языка. Это означало, что у нас появилась способность передавать информацию и накопленный опыт от поколения к поколению, сначала в разговорной форме, а затем и в письменной. Вначале процесс передачи опыта происходил достаточно медленно, путем кодирования через ДНК в результате случайных отклонений при воспроизведении. Но эволюционный процесс начал ускоряться. Не прошло и трех миллиардов лет, как появилась человеческая раса. Навыками письменной речи мы овладели за последние десять тысяч лет. Это и дало нам возможность пройти путь от пещерных жителей до существ, озабоченных поисками всеобъемлющей теории Вселенной.

За последние десять тысяч лет никаких существенных изменений человеческая молекула ДНК не претерпела. Таким образом, наш интеллект, или наша способность делать правильные заключения из данных, поставляемых органами чувств, остались на уровне пещерных обитателей. Наш интеллект первоначально был приспособлен для убийства одних животных с целью пропитания и для защиты от нападения других. Даже удивительно, что умственные способности, подаренные нам природой для этих целей, оставляют нам возможность сохранять привилегированное положение в очень разных обстоятельствах современной жизни. Очевидно, что открытие единой теории поля или ответы на вопросы, поставленные детерминистами, не сулят особых преимуществ для выживания. Тем не менее даже наш интеллект, развитие которого имело совершенно другую цель, может помочь разрешить все загадки и противоречия.

Теперь я перехожу к третьей проблеме, касающейся свободной воли и ответственности за свои поступки. Субъективно мы чувствуем, что имеем способность выбирать, кем быть и что делать. Но все это может быть лишь иллюзией. Некоторые люди думают, что они Иисус Христос или Наполеон, но все они правы быть не могут. Нам нужен некий объективный критерий, чтобы определить, обладает ли организм свободной волей. Например, представьте себе, что нас посетил маленький зеленый человечек с другой звезды. Как мы сможем понять, имеет ли он свободную волю или он просто робот, запрограммированный на поведение, подобное нашему?

Объективный тест на свободную волю может заключаться в ответе на вопрос: существует ли возможность предсказать поведение организма? Если такая возможность есть, это значит, что свободной воли у данного организма не существует и его поведение предопределено. С другой стороны, если предсказать поведение невозможно, то рабочая гипотеза гласит, что организм располагает свободной волей.

С таким определением свободной воли можно поспорить – на том основании, что как только мы найдем единую теорию, мы сможем предсказать все дальнейшие события и действия. Человеческий мозг тоже подвержен принципу неопределенности. Поведение человека бывает спонтанным, что отсылает нас к области квантовой механики. Но количественный показатель энергии, вырабатываемой в мозге, невелик, поэтому влияние квантовомеханической неопределенности также мало. Стало быть, мы не можем предсказать поведение человека главным образом потому, что это слишком сложный феномен. Мы уже знаем основные физические законы, которые управляют активностью мозга: эти законы относительно просты. Однако непросто решить уравнение, которое описывает сразу несколько частиц. Даже в простой теории гравитации Ньютона точное решение уравнений можно получить только для двух частиц. В случае с тремя – и более – приходится прибегать к приближениям, и трудности возрастают с их количеством. Человеческий мозг содержит приблизительно 10²⁶, или сотни миллионов миллиардов миллиардов частиц. Это слишком много: едва ли мы когда-нибудь сможем вычислить, как именно поведет себя мозг, если даже мы будем знать его исходное состояние и расшифруем все сигналы, получаемые им от нервной системы. Конечно же, мы не можем оценить даже исходное состояние мозга, так как для этого мозг нужно извлечь. Даже если мы отважились бы на это, количество частиц для фиксации все равно оказалось бы слишком велико. А актуальное состояние мозга, вероятно, очень зависит от исходного – небольшое изменение в нем может сильно повлиять на поведение в дальнейшем. Таким образом, хотя мы и знаем фундаментальные механизмы, управляющие мозгом, мы не можем использовать их, чтобы предсказать поведение человека.