Всё ещё неизвестная Вселенная - читать онлайн книгу. Автор: Стивен Вайнберг cтр.№ 22

Один из обсуждаемых Хокингом в книге вопросов имеет прямое отношение к религии. Я имею в виду авторскую трактовку набирающей популярность среди физиков идеи о том, что расширяющееся облако галактик, которое мы называем Вселенной, простирающейся на десятки миллиардов световых лет во всех направлениях, может оказаться только частью гораздо более масштабной Мультивселенной. Предполагается, что Мультивселенная содержит множество других частей, которые тоже можно назвать вселенными, где даже законы природы могут кардинально отличаться от наблюдаемых нами.

Если гипотеза о Мультивселенной верна, тогда тот факт, что наблюдаемые законы природы благоприятствуют возникновению жизни, теряет свой особый смысл, который воспринимается некоторыми как доказательство существования Божественного творца. Например, если бы один из двух кварков, составляющих атомное ядро, был намного тяжелее или намного легче другого, тогда в стабильном состоянии могли бы существовать всего несколько химических элементов, а вовсе не то богатое меню имеющихся элементов, которые, видимо, необходимы для жизни. Выводы Хокинга из подобных примеров идут дальше моих: для того чтобы обеспечить изобилие химических элементов, необходимых для жизни, строгая и точная подстройка массы кварков не нужна.

Однако один из приведенных Хокингом примеров демонстрирует действительно тонкую настройку фундаментальных физических констант, без которой появление жизни оказалось бы невозможным. Пример этот связан с темной энергией, энергией пустоты. В 1998 г. астрономы обнаружили, что скорость расширения Вселенной растет, и это ускорение обычно объясняют существованием темной энергии. Однако есть некоторая странность в количестве этой самой темной энергии. Мы можем рассчитать отдельные слагаемые, определяющие количество темной энергии (фактически эти расчеты были выполнены несколькими физиками-теоретиками еще до 1998 г.). Оказалось, что величина рассчитанных слагаемых настолько велика, что если они не компенсируются какими-то другими отрицательными вкладами, то скорость расширения Вселенной должна быть намного выше наблюдаемого значения: при столь быстром расширении формирование удерживаемых гравитацией систем, таких как галактики, звезды и планеты, было бы невозможным. Компенсация в принципе возможна, поскольку существуют другие составляющие общего баланса темной энергии, которые мы не можем рассчитать отчасти потому, что они зависят от неизвестных нам факторов, и именно эти составляющие могли бы компенсировать рассчитанные нами вклады в балансе темной энергии. (Одним из таких неизвестных нам факторов, влияющих на количество темной энергии, является величина так называемой космологической константы, предложенной Эйнштейном в 1917 г. и использованной для модификации уравнений, описывающих гравитационное поле в рамках общей теории относительности.) Для того чтобы образование удерживаемых гравитацией систем было возможно, а скорость расширения Вселенной соответствовала наблюдаемой, фундаментальные физические константы, например космологическая постоянная, должны быть очень точно подстроены. Их значения должны быть такими, чтобы компенсация вкладов в балансе темной энергии осуществлялась с точностью до 56 значащих цифр.

С другой стороны, Мультивселенная должна состоять из огромного множества частей, поэтому такие величины, как масса кварков, космологическая постоянная Эйнштейна и другие физические константы, будут иметь широкий диапазон возможных значений. Весьма вероятно, что в большинстве этих частей Мультивселенной физические константы вроде массы кварков, космологической постоянной и даже, возможно, размерности пространства принимают значения, при которых возникновение жизни невозможно. Но при достаточно широком диапазоне значений этих констант, характерных для различных частей Мультивселенной, обязательно найдутся такие области, в которых может возникнуть жизнь. Очевидно, что не стоит удивляться и искать космической щедрости в том, что мы оказались в одном из таких благословенных миров, как не стоит искать признаки существования Божественного творца в том, что среди миллиардов планет, входящих в Галактику, наша эволюция произошла на одной из немногих, пригодных для жизни. Ну а где же еще нам быть, кроме как на планете, способной поддерживать условия для жизни?

Хокинг цитирует известное высказывание архиепископа Вены, который в 2003 г. обрушился с критикой на гипотезу Мультивселенной как нечто «выдуманное для отвлечения внимания от ошеломляющих научных доказательств высшего замысла». Неплохо. По словам Хокинга, гипотеза Мультивселенной предложена не для того, чтобы объяснить чудо тонкой подстройки. Он рассматривает два разных направления мысли, которые привели физиков к формулировке гипотезы Мультивселенной, и ни одно из них никак не было связано с обоснованием условий, необходимых для жизни.

Одно из направлений возникло в рамках хаотической теории инфляции, разработанной Андреем Линде. Инфляцией называется экспоненциально быстрое расширение Вселенной на ранней стадии ее существования, подобное росту суммы денег на банковском счете при условии начисления 100 % дохода каждые 10^–38 с ^[77]. Современная наука считает, что такой экспоненциальный рост предшествовал более стабильной поздней стадии расширения Вселенной. Согласно первоначальной идее Алана Гута (которая до сих пор используется в большинстве расчетов), инфляция должна была происходить равномерно во всем пространстве. Однако ни одна теория не описывает подобную однородность. Кажется более естественным предположить, что на очень больших масштабах Вселенная, пронизанная бурно флуктуирующими полями, хаотична и что только по чистой случайности в некоторых областях пространства время от времени возникают условия, позволяющие им экспоненциально расширяться. В редких случаях такие области вырастают в нечто, составляющее нашу Вселенную, в которой возможно существование жизни.

Еще одна гипотеза о Мультивселенной пришла из квантовой механики — математической основы для всех областей физики. Самой большой странностью квантовой механики является так называемая суперпозиция состояний. Иногда (а точнее, почти всегда) частица не занимает какое-то конкретное положение в пространстве, а находится в суперпозиции, и тогда измерение положения частицы может дать любой из возможных результатов с той или иной вероятностью, в зависимости от природы суперпозиции. В принципе, как заметил в свое время Эрвин Шрёдингер, даже кот может быть в суперпозиции состояний, в одном из которых он жив, а в другом — мертв. Аналогично все мироздание может находиться в суперпозиции множества различных состояний, в которых физические константы, такие как масса кварков, принимают самые разные значения, и лишь малая доля этих состояний обеспечивает условия для возникновения жизни.

Все это лишь умозрительные гипотезы, но они не уникальны. Эти теории широко обсуждаются физиками. Хокинг занял несколько необычную позицию, выдвинув предположение о том, что Мультивселенная образовалась в результате квантово-механической суперпозиции состояний, поскольку на самой ранней стадии формирования Вселенной все ее четыре измерения были пространственными, а времени не существовало. Я даже не буду пытаться объяснять, как это устроено, поскольку не считаю эту гипотезу убедительной. Действительно, Хокинг показал, что для удобства вычислений при анализе процессов в ранней Вселенной можно математически преобразовать временное измерение в пространственное. Однако это не означает, что в ранней Вселенной время на самом деле было пространством. В 1950-х гг. другие теоретики, среди которых был Джулиан Швингер, рассчитали тонкие эффекты атомной физики и физики частиц, используя такое преобразование временно́го измерения в пространственное, однако полезность этого математического приема не изменяет того факта, что сегодня мы живем в мире, имеющем три пространственных измерения и одно временное.