Во что мы верим, но не можем доказать. Интеллектуалы XXI века о современной науке - Джон Брокман

Я предполагаю, что мобильные телефоны окажутся последними в длинном ряду технологий, заставляющих людей напрасно беспокоиться о своем здоровье. В XIX веке считали, что телеграфные линии влияют на погоду, а путешествие по железной дороге может привести к нервному расстройству. Парадокс в том, что мое убеждение в безвредности мобильных телефонов основано на историческом анализе, но при этом я не имею научных доказательств — как и те, кто верит, что они вредны. Все же я верю, что они безвредны, хотя не могу этого доказать.

Стивен Гиддингс

СТИВЕН ГИДДИНГС — физик-теоретик Калифорнийского университета, Санта-Барбара.

Я верю, что черные дыры не уничтожают информацию, нарушая тем самым принципы квантовой механики, как когда-то предположил Стивен Хокинг. Причина состоит в том, что сильное влияние гравитации противоречит гипотезе, гласящей, что степени свободы внутри и снаружи черной дыры независимы друг от друга. Таким образом, это может разрешить противоречие, которое принято называть «информационным парадоксом черной дыры».

Прежде всего, я не одинок. Многие сторонники теории струн и другие физики-теоретики сегодня считают, что черные дыры не разрушают информацию. Сам Хокинг недавно заявил, что готов изменить свое мнение и проиграл знаменитое пари[21], но до сих пор не опубликовал работ, в которых заявлял бы о том, в чем ошибочна его первоначальная логика.

Второе, во что я верю, но пока не могу доказать настолько обоснованно, чтобы убедить коллег. Многие из них считают, что ранний вывод Хокинга был ошибочным, но существуют разногласия о том, где именно его вычисления ошибочны, и пока никто точно не определил этой ошибки — хотя физики уже тридцать лет ломают голову над этим парадоксом. Если черные дыры испускают информацию, а не разрушают ее, это, вероятно, происходит в результате явления, которое в физике называется локальностью. Оно заключается в том, что феномены, происходящие в точках, находящихся очень далеко друг от друга, не оказывают мгновенного влияния друг на друга. Дэвид Лоу, Джозеф Полчински, Леонард Сасскинд, Ларус Торлациус и Джон Аглум утверждают, что возможный механизм подобного нарушения принципа локальности связан с формированием длинных струн у горизонта черной дыры. Гарри Хоровиц и Хуан Мальдасена утверждали, что в центре черной дыры существует уникальное состояние сингулярности, каким-то таинственным способом сжимающее информацию, и таким образом она появляется в радиации Хокинга. Другие ученые выдвигают другие гипотезы.

Но я верю (мы с моим бывшим студентом Мэтью Липпертом даже опубликовали доводы в пользу этой гипотезы), что явление локальности, опровергающее гипотезу Хокинга, тесно связано с гравитационной физикой, и поэтому было бы непоследовательно думать об отдельных и независимых степенях свободы внутри и снаружи черной дыры. Гипотеза о том, что эти степени свободы не зависят друг от друга, была основным предположением оригинальной работы Хокинга. Наш аргумент о том, в чем она ошибочна, достаточно общий, как и аргумент Хокинга: ни один, ни другой аргумент не зависит от того, о каком типе материи идет речь.

Наше доказательство основано на принципе, который мы называем «условием локальности». Это критерий независимости физических степеней свободы. (На техническом языке это означает исчезновение коммутаторов взаимодействующих операторов.) Грубо говоря, степень свободы, соответствующая частице, находящейся в положении X с импульсом P, и другой частице, в положении Y с импульсом Q, будет независима лишь в том случае, если расхождение между X и Y достаточно велико для того, чтобы обе частицы находились за пределами черной дыры, которая могла бы сформироваться из их общей энергии. В противном случае они не могут быть независимы. Я верю, что это — первый шаг в разработке общего критерия (который, в итоге, будет сформулирован более точно), объясняющего, где в физике понятие локальности терпит неудачу. Возможно, это позволит нам лучше понять явление голографии — а это явление основано на гипотезе о том, что в основе наблюдаемой трехмерной реальности лежит не менее фундаментальная и эквивалентная ей двухмерная реальность. Возможно, это относится и к физике черных дыр из-за относительно большой энергии радиации Хокинга, испускаемой черной дырой, и степеней свободы, поглощаемых черной дырой. Но это еще не доказано. Пока.

Александр Виленкин

АЛЕКСАНДР ВИЛЕНКИН — физик, директор Института космологии Университета Тафтса и автор книги «Космические струны и другие топологические дефекты» (в соавторстве с Полом Шеллардом).

Есть веские причины верить в то, что Вселенная бесконечна.

Если это так, то в ней существует бесконечное число пространств того же размера, что и пространство, которое мы сейчас можем наблюдать. А размеры этого пространства — 80 миллионов световых лет. Квантовая механика предполагает, что количество отдельных историй, которые могли иметь место в любом из этих ограниченных пространств за ограниченный промежуток времени, прошедший с момента Большого взрыва, также ограничено. («Историей» я называю не только историю цивилизации, но все, что происходит во Вселенной, вплоть до уровня атомов.) Количество возможных историй фантастически велико — его оценивают как 10 в 10150. Но важнее всего то, что оно ограничено.

Это значит, что существует бесконечное число пространств, подобных нашему, но в них возможно лишь ограниченное число историй. Следовательно, каждая вероятная история может разворачиваться в бесконечном количестве пространств. В частности, должно существовать бесконечное количество пространств с историями, идентичными нашей. Так что если вас не устраивают результаты президентских выборов, не отчаивайтесь: ваш кандидат мог победить на бесчисленном количестве планет, похожих на Землю.

Подобное представление о Вселенной лишает нашу цивилизацию любых претензий на уникальность; в бесконечности космоса рассеяны бесчисленные идентичные цивилизации. Я нахожу это весьма удручающим, но вполне возможно, что это правда.

Кроме того, я верю, но не могу доказать, что наш уголок Вселенной в конце концов перестанет расширяться и исчезнет, издав Большой хруст. Но это произойдет не раньше чем через 20 миллиардов лет, а может быть, и позже.

Лоуренс Краусс

ЛОУРЕНС КРАУСС — профессор физики и директор Научно-исследовательского и образовательного центра космологии и астрофизики Кейсовского университета Западного резервного района. Исследует взаимоотношения между квантовыми феноменами фундаментального масштаба и космологией. Автор многочисленных научно-популярных книг, в том числе «Физика звездного пути» и «Тайны зеркала: непостижимое очарование других измерений».

Я верю, что наша Вселенная не уникальна.

С развитием науки наше место во Вселенной становится все меньше и незначительнее. Сначала мы думали, что Земля — центр Вселенной, потом — что в центре находится Солнце, и т.д. Сейчас мы понимаем, что находимся где-то на краю Галактики, да и она сама ничем не примечательна и занимает весьма скромное место в огромной, а возможно, и бесконечной Вселенной, полной других галактик. Более того, мы знаем, что даже звезды и видимые галактики являют собой всего лишь звездную пыль Вселенной, где большая часть материи не излучает света. Темной материи в десять раз больше, чем обычной, а недавно мы выяснили, что даже материя (темная или нет) не имеет большого значения. Вакуум Вселенной содержит в два раза больше энергии, чем материя, в том числе и темная материя (которую невозможно наблюдать в телескоп, которая не отражает лучи света и не излучает фотоны ни в каком диапазоне электромагнитного спектра. — Прим. ред.).

Более того, размышляя о происхождении нашей Вселенной и природе той странной, темной энергии, из которой она преимущественно состоит, мы видим, что все известные нам правдоподобные теории предполагают, что Большой взрыв, создавший видимую Вселенную, не уникален. Возможно, существует множество, даже бесконечное множество других вселенных. Некоторые из них тоже могли пережить Большой взрыв, а некоторые уже исчезли в результате Большого сжатия. С философской точки зрения это может радовать тех, кого не устраивает вселенная, имеющая определенное начало, но не имеющая определенного конца: моя «метаверсия» или «мультиверсия» предполагает гораздо больше единообразия во времени.

Но если отбросить философию, существование множества разных, не связанных вселенных — с которыми мы никогда не войдем в прямой контакт и поэтому не сможем эмпирически доказать их существования — могло бы значительно расширить понимание нашей Вселенной. Эта гипотеза могла бы объяснить, почему наша Вселенная обладает некоторыми неожиданными качествами, ведь согласно моей «метаверсии» существует бесконечное множество разных вселенных, и они могут обладать самыми разными качествами. А это значит, что жизнь, подобная нашей, может возникнуть только при наличии определенных характеристик.