Ты – Космос. Как открыть в себе вселенную и почему это важно - Минас Кафатос

Во Вселенной есть и островки отрицательной энтропии. На самом деле один из них – вы сами. До тех пор, пока вы продолжаете потреблять пищу, воздух и воду, ваше тело – такой островок. Он превращает сырьевую энергию в упорядоченные процессы в триллионах клеток, обновляя и пополняя их. Земля стала островом отрицательной энтропии, по крайней мере на поверхности, когда миллиарды лет назад возник фотосинтез. Растения преобразуют солнечный свет в упорядоченные процессы так же, как ваше тело преобразует то, чем питается. Важно то, что теряющий энергию превращается в потребителя энергии. Беспорядок заставляет энергию рассеиваться в тепло, подобное теплу, выделяемому костром. Для борьбы с этой энтропией живые существа потребляют дополнительную энергию, необходимую для противодействия утрате. Упавшее дерево в лесу потеряло способность получать энергию от солнца, и поэтому вступили в действие распад и разложение.

Пенроуз не стал возражать против второго закона – он признал, что весь космос становится все холоднее, все шире и все беспорядочнее. Его возражение специально предназначалось для инфляционных теорий космоса. Если беспорядок увеличивается с течением времени, указывал он, тогда должно быть верно и обратное. Если вы вернетесь во времени, любая система покажется более упорядоченной. Например, если вы измените время, то дым и пепел, отданные костром, снова сделаются куском дерева, а гнилое дерево вернется к тому, чтобы быть живым и расти. Поэтому ранняя Вселенная должна быть самым упорядоченным состоянием всего. Но это не так: планковская эпоха была временем чистого хаоса. Так откуда же взялась «особость» (термин Пенроуза) Вселенной, то, что позволило развивать жизнь на Земле? Ничто в ранней Вселенной, начиная с ее первого момента, кажется, не подготовило путь к эволюции галактик, так что жизнь на Земле – заранее в благоприятных условиях.

Возражение Пенроуза в отношении инфляционных теорий встретило бы понимание у младшего научного сотрудника, но поставило бы в тупик самых разумных космологов. Он делает второе утверждение, которое тоньше первого, но не менее разрушительно. Допустим, мы принимаем, что жизнь на Земле настолько уникальна, чтобы ранняя Вселенная должна была проложить путь при особых условиях. Давайте даже примем, что существовали особые условия, возникающие, когда космос был перегрет и бесконечно мал. А что же остальная огромная Вселенная? Жизнь эволюционировала на нашей планете независимо от того, что происходило в миллиардах других галактик – нам они не нужны. Итак, как же Вселенная могла бы быть создана, чтобы помочь нашей эволюции, в то время как все остальное не выглядит особенным вообще? Скорее, Пенроуз заявляет, что условия для жизни на Земле появились позже. Возможно, это была случайность. Таково менее недоказуемое утверждение – то, что должна выбрать наука при прочих равных.

Недавно астрономы несколько подорвали возражение Пенроуза, открыв тысячи звезд с планетными системами. Некоторых из этих звезд, как Солнца, достаточно, чтобы они могли способствовать жизни на планетах, подобных Земле. Всех очень взволновали новости о том, что мы, вероятно, не одни во Вселенной. Испортить ученым хорошее настроение можно, указав, что «вероятно» на самом деле не объясняет, как жизнь развилась из безжизненных химикатов. Очень большой шанс – миллионы и миллионы к одному – что даже множества солнц в далеких галактиках недостаточно, чтобы найти магический ключ к жизни. Такое возражение не может быть опровергнуто, но и доказано быть не может. Тем не менее, как только вы начинаете говорить о шансах и вероятностях, вы предполагаете, что жизнь развивалась беспорядочно. «Особость» нанесла серьезный удар.

Изобретательная теория информации

А может, и нет. Когда теория оказывается столь же успешной, сколь теория Большого взрыва, объясняет, как эволюционировала Вселенная, возражать сложно. Можно просто указать на погрешности, которые могут быть исправлены. Это бы свалило смертоносным ударом всю структуру, столь тщательно создаваемую с 1970-х годов. Но аргумент Пенроуза о втором законе термодинамики настолько прост, что он может опрокинуть весь карточный домик. Проблема инфляции состоит в том, что она не возникла сама по себе, как естественная эволюция в научных теориях: она была «собрана», чтобы объяснить некоторые загадочные загадки более старой космологии Большого взрыва. Главная цель – избавить раннюю Вселенную от ее кажущегося хаоса. Нужен источник упорядоченности, более сложный, чем бинго-машина, бросающая случайные числа.

Известный американский космолог Ли Смолин предложил некоторые интригующие идеи относительно геометрии планковской эпохи, которые могут избавить ее от чистого хаоса. Даже если в это время на физическом уровне был только хаос, возможно, источником упорядоченности было что-то нематериальное. Пенроуз и Смолин назначают информацию ключевым ингредиентом. Термодинамика фактически связывает информацию с энтропией, противопоставляя ее энтропии или «негэнтропии». Возможно, предыдущее состояние было богато информацией, неуязвимой ко второму закону, применяемому в момент Большого взрыва.

Аналогично, информация, которую вы носите в своем уме, может пережить все виды физических угроз. Одна из частей этой информации – ваше имя. Как только вы узнали свое имя, не имело значения, отправились ли вы в тропические джунгли или на Южный полюс. Тепло и холод не заставляют ваше имя замораживаться или кипеть. Ваше имя останется неизменным, если вы спуститесь на дно Долины Смерти или подниметесь на гору Эверест. Только немощи старости, нападающие на мозг, лишают нас этой интимной информации. То же самое можно сказать и о гораздо более сложных вещах, поскольку объем памяти человеческого разума невероятно огромен. С медицинской точки зрения удивительно, что кто-то может выходить из глубокой комы годами и восстанавливать если не все свои воспоминания, то большую их часть.

Выживаемость информации заставляет «циклическую Вселенную» казаться реальной возможностью. Если предыдущая Вселенная дала рождение нашей, то переход к константам и законам природы мог бы быть информационным, поскольку должна быть задействована некоторая фундаментальная математика. Это более приемлемо, чем называть математику физическим свойством. В модели Смолина прохождение космической дубинки происходит, когда новые «эоны» возникают из особенностей черной дыры. Эон был бы космической единицей времени; сингулярность же – маленькое пятнышко, оставшееся, когда все было втянуто в черную дыру.

Теоретически такое пятнышко единично, потому что оно не отбрасывает все то, что создает различия – пространство, время, материю и энергию. (Нет никаких убедительных доказательств тому, что сингулярности существуют на самом деле, даже если они математически правдоподобны.) Дело в том, что Вселенная в конечном счете схлопывается в единую точку, в сингулярность, где исчезнут материя, энергия, силы природы и пространство-время. И это только для того, чтобы возродиться через новую сингулярность. Другими словами, Большому взрыву предшествует Большой хруст. Однако мы недостаточно знаем о черных дырах, чтобы сказать, как информация может пережить их, когда ничего не делает.

«Особость» остается теоретическим конструктом.

В его нынешнем виде, утверждающем, что информация не была уничтожена в раннем космическом котле, это похоже на еще один фокус со шляпой. Так или иначе, все происходящее внутри черной дыры так же недостижимо, как планковская эра в начале Вселенной. Наше зрение блокирует такая же железная стена.

Звук лопнувшей суперструны

Средний человек в ужасе от высшей математики, но она помогает понять, что вся та реальность, которая выражается в математике формулами, существует и в области понятий. Если вы понимаете концепцию, вы часто движетесь прямо в сердце того, что пытается сказать математика. Математика – действительно сжатый универсальный язык, который позволяет описывать так называемые физические процессы или, как мы увидим позже, наши взаимодействия с природой. Конечно, никакая высшая математика не может оправдать ложную идею. В дебатах между моделями, которые включают Большой взрыв, и теми, которые обходятся без этого понятия, плюсы и минусы взвесить нелегко. Если математика – единственное, на что все еще может опираться космология, почему бы не возложить на математику всю нагрузку? Возможно, единственный безопасный способ описания состояния до создания – описать его как реальность, где нас может вести только чистая математика. Или пойти дальше: возможно, такое состояние образовано числами и ничем более. Предположение звучит странно, но многие теории готовы обратиться к нему.

Ведущим примером является теория струн, которая позже трансформировалась в теорию суперструн, поскольку ее амбиции расширились. Теория струн возникла, чтобы решить загадку того, как элементарные частицы, такие как фотоны, кварки и электроны, могут вести себя как частицы и волны одновременно. Как мы увидим позже, многие физики назвали эту проблему центральной для квантовой механики. Частица похожа на теннисный мяч, пролетающий над сеткой.