Космический ландшафт - Леонард Сасскинд

До недавнего времени антропный принцип почти всеми физиками воспринимался как ненаучная, религиозная и вообще тупиковая и ошибочная идея. По их мнению, этот принцип был плодом горячечного бреда опьянённых космологов, упившихся собственными мистическими идеями. Реальным теориям, таким как теория струн, надлежит разрешать все загадки природы научным путём, который не имеет ничего общего с возможностью или невозможностью нашего собственного существования. Но потрясающий поворот судьбы поставил струнных теоретиков в неловкое положение: теперь их собственная заветная теория повернулась против них и стала оружием в руках их противников. Вместо одной уникальной элегантной теоретической конструкции она создаёт колоссальный ландшафт в духе машины Руба Голдберга. В результате многие струнные теоретики сменили сторону баррикад. В главах 7, 8, 9 и 10 я расскажу о теории струн и о её влиянии на сдвиг парадигмы.

В главах 11 и 12 речь пойдёт о новых представлениях о Вселенной, которые формируются благодаря совместной работе астрономов, космологов и физиков-теоретиков: о мире, который, согласно космологам Андрею Линде, Александру Виленкину и Алану Гуту, состоит из практически бесконечной коллекции невероятно разнообразных «карманных вселенных». В каждом кармане стоит собственная «погода»: свой собственный список элементарных частиц, набор взаимодействий и физических констант. Последствия такого широкого взгляда на Вселенную очень важны для физики и космологии. Вопрос «Почему в нашей Вселенной всё так, как мы наблюдаем?» может быть теперь заменён вопросом «Есть ли среди этого бесчисленного разнообразия карманов такой, условия в котором похожи на условия в нашей Вселенной?» О механизме, называемом вечной инфляцией и приводящем к этому разнообразию путём эволюции из начального хаоса, о революционных изменениях в дискуссии об антропном принципе, к которому привела новая теория, идёт речь в главе 11.

Сдвиг космологической парадигмы касается не только основ теоретической физики. В главе 12 рассказывается о битве титанов, о конфликте, который я называю «Битва при чёрной дыре». Эта битва разыгрывалась последние тридцать лет и радикально изменила понятия физиков о гравитации и чёрных дырах. Битва велась за судьбу информации, падающей за горизонт событий чёрной дыры: теряется ли она навсегда для внешнего наблюдателя, остающегося по эту сторону горизонта? Или же существуют какие-то тонкие неведомые каналы связи, по которым информация возвращается в нашу Вселенную, после того как чёрная дыра испаряется? Хокинг отстаивал мнение, что вся информация, ушедшая за горизонт, теряется безвозвратно. Нет ни малейшего способа получить информацию об объектах, которые находятся по ту сторону. Но это оказалось не так. Законы квантовой механики не допускают возможности потерять даже один бит. Для того чтобы понять, как информация избегает пожизненного заключения в чёрной дыре, необходимо было полностью перестроить самые фундаментальные представления о пространстве.

Чем же «Битва при чёрной дыре» поможет нам в поиске ответов на вопросы, поднимаемые в этой книге? Поскольку под влиянием космологической постоянной Вселенная расширяется, в космологическом масштабе тоже должен существовать горизонт событий. Наш космический горизонт располагается на расстоянии около 15 миллиардов световых лет от Земли, где звезды «убегают» так быстро, что их свет уже никогда не достигнет нас, как и любой другой сигнал. Это, как и в случае с горизонтом чёрной дыры, – точки, откуда нет возврата. Единственное отличие в том, что космический горизонт окружает нас, в то время как горизонт чёрной дыры окружаем мы. В любом случае ничто из-за горизонта не может влиять на нас, по крайней мере, так считалось… Кроме того, другие карманные вселенные – гигантское море разнообразия – находятся вне нашей досягаемости, за горизонтом! Согласно классической теории, эти другие миры навсегда изолированы от нашего мира. Но те же аргументы, при помощи которых была выиграна «Битва за Чёрную дыру», применимы и к космологическим горизонтам. Свидетельства существования и детали устройства всех прочих карманных вселенных содержатся в тонких особенностях космического излучения, которое постоянно омывает все части нашей наблюдаемой Вселенной. Глава 12 является введением в «Битву за Чёрную дыру», рассказом о том, как она была выиграна и какие последствия это имело для космологии.

Споры и дискуссии, изложенные в «Космическом ландшафте», происходили в реальности: физики и космологии со всей страстью отстаивали собственные взгляды, всё это было на самом деле. Глава 13 посвящена современным взглядам ведущих физиков-теоретиков и космологов и их спорам. Также в ней обсуждаются различные пути, которыми эксперименты и наблюдения могут помочь нам достичь консенсуса.

На вопрос Виктора «Почему бы не допустить, что наше существование есть проявление бесконечной любви и доброты Бога?» я бы привёл ответ Лапласа Наполеону: «Я не нуждаюсь в этой гипотезе». «Космический ландшафт» – вот мой ответ, и в равной мере это – ответ постоянно растущей армии физиков и космологов на парадокс доброжелательной Вселенной.

Глава 1. Фейнмановский мир

Без сомнения, мы никогда не узнаем имени первого космолога, который посмотрел в небо и задался вопросами: «Что всё это значит? Откуда оно взялось? Какова моя роль во всём этом?» Мы можем лишь предположить, что это произошло в доисторические времена, вероятно, в Африке. Первые космологические модели, базировавшиеся на мифах, не имели ничего общего с сегодняшней научной космологией, но они родились из того же человеческого любопытства. Неудивительно, что эти мифы рассказывали о земле, воде, небе и живых существах. И разумеется, они апеллировали к сверхъестественному творцу: как же ещё объяснить существование таких сложных и замысловатых существ, как люди, не упомянуть дождь, солнце, съедобных животных и растения, которые, кажется, созданы исключительно для нашей пользы?

Идея о существовании точных законов, управляющих как горним, так и дольним миром, отсылает нас к Исааку Ньютону. До Ньютона не существовало концепции универсальных законов, одинаково применимых как к небесным телам типа планет, так и к повседневным земным явлениям: льющемуся дождю или летящей стреле. Ньютоновские законы движения служат первым примером таких универсальных законов. Но даже могучий ум сэра Исаака не сумел проникнуть настолько далеко, чтобы предположить, будто те же самые законы способны привести и к возникновению человека. К сожалению, Ньютон тратил больше времени на теологию, чем на физику.

Хоть я и не историк, всё же рискну высказать мнение, что современная космология фактически началась с Дарвина и Уоллеса.[12] В отличие от своих предшественников, им удалось представить объяснение нашего существования, полностью исключающее вмешательство сверхъестественных сил. В основе эволюционного учения Дарвина лежат два эмпирических закона. Первый говорит о том, что невозможно полностью избежать ошибок при копировании информации. Даже лучший репродуктивный механизм время от времени даёт сбои, и репликация ДНК – не исключение. За столетие до открытия Криком и Ватсоном двойной молекулярной спирали ДНК Дарвин интуитивно понял, что накапливание случайных мутаций и есть тот механизм, который служит локомотивом эволюции. Большинство мутаций неблагоприятны, но Дарвин достаточно хорошо разбирался в вероятностях, чтобы понимать, что то и дело по чистой случайности возникают и полезные мутации.

Вторым столпом интуитивной теории Дарвина был принцип конкуренции. Победитель размножается. Лучшие гены обеспечивают процветание, худшие приводят в смертельный эволюционный тупик. Эти две простые идеи великолепно объясняют, как сложные и даже разумные формы жизни способны развиться без сверхъестественного вмешательства. В сегодняшнем мире компьютерных вирусов и интернет-червей очень легко представить себе аналогичные эволюционные принципы применительно к неживым объектам. После того как мы удалили магию из происхождения живых существ, перед нами открывается путь к чисто научному объяснению акта творения.

Дарвин и Уоллес задали стандарты не только для биологических наук, но также и для космологии. Законы, управляющие рождением и эволюцией Вселенной, должны быть теми же самыми законами, которые управляют падением камней, химическими реакциями, ядерными процессами и превращениями элементарных частиц. Они освобождают нас от оков сверхъестественного, показывая, что сложная и даже разумная жизнь может развиться естественным образом из случайностей путём конкуренции. Космологам следует поступить так же: положить в основу космологии обезличенные правила, одинаковые для всей Вселенной, происхождение которых не имеет никакой связи с нашим собственным существованием. Единственный бог, существование которого могли бы допустить космологи, – это «слепой часовщик» Ричарда Докинза.[13]