Стивен Хокинг - Великий замысел

• Название: Великий замысел
• Автор: Стивен Хокинг
• Жанр: Физика
• Год: 2010
• ISBN: 9780553805376

Все мы существуем лишь непродолжительный период времени и на его протяжении способны исследовать лишь небольшую часть мироздания. Но люди — существа любопытные. Мы задаемся вопросами, мы ищем на них ответы. Живя в этом огромном мире, который бывает то добрым, то жестоким, и вглядываясь в бесконечное небо, люди постоянно задаются множеством вопросов: Как мы можем понять мир, в котором оказались? Как ведёт себя Вселенная? Какова природа реальности? Откуда всё это возникло? Нуждалась ли Вселенная в создателе? Многие из нас не тратят много времени на эти вопросы, но почти все из нас когда-либо об этом задумывались.

Один из самых известных ученых нашего времени — Стивен Хокинг написал книгу, продолжающую тему, начатую в его предыдущих книгах. Хокинг ставит вопросы, на которые потом отвечает, прибегая к помощи последних достижений в области науки — Что положило начало существованию? Почему мы существуем? Почему законы физики именно такие, как они есть? Можем ли мы ответить на все эти вопросы, не прибегая к помощи «божественной интервенции»?

---

Чтобы почувствовать, как это работает, подумайте, что произойдет, когда «глиссер» сталкивается с простым 2x2 блоком живых клеток. Если «глиссеры» приближаются нормальным образом, то блок, который является стационарным, начнет двигаться к источнику «глиссера», либо от него. Таким образом, блок может имитировать компьютерную память. Фактически, все основные функции современного компьютера, такие как логические элементы AND и OR, также могут быть воспроизведены «глиссерами». Таким образом, как электрические сигналы используются в физических компьютерах, поток «глиссеров» может использоваться для посылки и обработки информации.

В Игре Жизни, как и в нашем мире, самовоспроизводящиеся объекты являются сложными объектами. По оценке, основанной на ранних работах математика Джона фон Неймана, минимальный размер самовоспроизводящегося объекта в Игре Жизни — десять триллионов клеток — приблизительно равно количеству молекул в одной человеческой клетке.

Можно определить жизнь, как комплексную систему ограниченного размера, которая стабильна и воспроизводит сама себя. Объекты, описанные выше, соответствуют условию репродуктивности, но вероятно нестабильны. Небольшое воздействие из внешнего мира вероятно разрушит этот тонкий механизм. Однако, легко представить, что немного более сложные законы позволят существовать комплексным системам со всеми атрибутами жизни. Представьте сущность такого типа, как объект в мире Конвея. Такой объект будет реагировать на внешнее воздействие, и, следовательно, принимать решения. Будет ли такая жизнь иметь сознание? Будет ли она мыслящей? Это вопрос, на который мнения резко разделились. Некоторые считают, что самосознание характерно только для человека. Это дает ему свободу воли, способность выбирать между различными вариантами действий.

Как можно определить, имеет ли существо свободную волю? Если кто-то повстречает пришельца, как сможет он определить что это просто робот или же что у него есть разум? Поведение робота является полностью детерминированным, в отличие от обладающего свободной волей. Хотя можно, в принципе, дать определение роботу, как существу, чьи действия можно предсказать. Как мы говорили в Главе 2, это может быть практически невозможно, если существо является большим и сложным. Мы даже не можем точно решить уравнение для трех и более частиц, взаимодействующих друг с другом. Как и у пришельца, тело человека состоит из тысячи триллионов триллионов частиц, и даже если бы пришелец был бы роботом, было бы не возможно решить уравнение и предсказать его поведение. Поэтому можно сказать, что любое сложное существо имеет свободную волю — не как основополагающую особенность, а как действенный принцип, признавая нашу неспособность проделать вычисления, которые бы предсказать нам его поведение.

Пример Игры Жизни Конвея показывает, что даже очень простой набор законов может породить сложное поведение, встречающееся в разумной жизни. Должно быть, существует много наборов законов с такими свойствами. Что отличает фундаментальные законы (в противовес очевидным законам), которые управляют нашей Вселенной? Как и в «мире» Конвея, законы нашей Вселенной определяют эволюцию системы, ее состояние в любой момент времени. В «мире» Конвея мы являемся создателями — мы выбираем начальное состояние «мира», определяя объекты и их положение в начале игры.

В реальном мире аналогами объектов, таких как «глиссеры» в Игре Жизни, являются обособленное материальное тело. Любой набор законов, который описывает развитие мира, подобно нашему, будет основываться на принципе сохранения энергии, означающим, что ее величина не меняется со временем. Энергия Вселенной будет постоянной, не зависимо ни от времени, ни от состояния. Можно вычислить эту константу энергии вакуума, измеряя энергию любого объема пространства относительно такого же объема пустого пространства, таким образом, мы можем назвать постоянный ноль. Единственным требованием, которому должен удовлетворять закон природы, является то, что он устанавливает, чтобы энергия обособленного тела, окруженного пустым пространством, была положительной, что означает, что должна быть проделана работа, чтобы создать это тело. Это потому, что если бы энергия обособленного тела была отрицательной, тело могло бы быть создано в состоянии движения, так что его отрицательная энергия была бы точно уравновешена положительной энергией его движения. Если это верно, то нет никаких оснований считать, что тела не могут появляться где-либо или везде. Пустое пространство будет поэтому нестабильным. Но если затрачивается энергия для создания обособленного тела, такой нестабильности не может быть, потому что, как мы уже говорили, энергия Вселенной должна оставаться постоянной. Именно это делает Вселенную локально стабильной — объекты не должны появляться где-либо из ничего.

Если полная энергия Вселенной должна всегда оставаться нулевой, и необходимо затратить энергию, чтобы создать тело, как может вся Вселенная быть создана из ничего. Вот почему должен существовать такой закон, как гравитация. Так как гравитация притягивает, то энергия гравитации является отрицательной. Необходимо произвести работу, чтобы разделить гравитационно связанную систему, такую как Земля и Луна. Эта отрицательная энергия может быть сбалансирована положительной энергией, необходимой чтобы создать материю, но все не так просто. Отрицательная гравитационная энергия земли, к примеру, меньше, чем положительная энергия миллиардов частиц, из которых она состоит. Тело, такое как звезда, будет иметь больше отрицательной гравитационной энергии, и чем меньше она (частицы, из которых она состоит, находятся ближе друг к другу), тем больше будет ее отрицательная гравитационная энергия. Но прежде, чем отрицательной гравитационной энергии может стать больше положительной энергии вещества, звезда сколлапсирует в черную дыру, и черная дыра будет иметь положительную энергию. Вот почему пустое пространство стабильно. Тела, такие как звезды или черные дыры, не могут так просто появляться из ничего. Но целая Вселенная может!

Потому что гравитация создает пространство и время, она позволяет пространству-времени быть локально стабильным, но глобально нестабильным. В масштабах целой Вселенной, положительная энергия материи может быть сбалансирована отрицательной гравитационной энергией, и поэтому не существует ограничений на создание целостных вселенных. Потому что существует закон гравитации, Вселенная может и будет создавать саму себя из ничего так же как мы описали в Главе 6. Спонтанное создание является доводом, что нечто лучше, чем ничего, почему Вселенная существует, почему мы существуем. Нет необходимости привлекать Бога, чтобы запустить Вселенную.

Почему существуют фундаментальные законы, которые мы описали? Окончательная теория должна быть последовательна и должна предсказывать конечные результаты для величин, которые мы можем измерить. Мы поняли, что должен существовать такой закон как гравитация, и мы видели в Главе 5, что для того, чтобы теория гравитации предсказывала измеряемые величины, теория должна иметь суперсимметрию между силами природы и материей, на которую они действуют. М-теория — самая общая симметричная теория гравитации. Таким образом, М-теория является единственным кандидатом на законченную теорию Вселенной. Если это окончательно — и это еще надо доказать — то М-теория будет моделью Вселенной, которая создает сама себя. Мы, должно быть, часть этой Вселенной, поскольку не существует другой совместимой модели.

М-теория является объединенной теорией, которую Эйнштейн пытался создать. Тот факт, что мы, люди, существуем, являясь не более чем композицией из фундаментальных частиц природы, и что мы оказались в состоянии подойти к пониманию законов, действующих на нас и на Вселенную, является величайшим триумфом! Возможно, чудом является то, что абстрактные логические выводы привели к уникальной теории, которая предсказывает и описывает громадную Вселенную, полную удивительного многообразия, которое мы наблюдаем. Если эта теория подтвердится наблюдениями, это будет выдающимся умопостроением, к которому люди шли более 3000 лет. Мы откроем великий замысел.

Глоссарий

Альтернативные истории — формулировка в квантовой теории, в которой вероятность всякого наблюдения состоит из всех возможных историй, которые могли бы привести к этому наблюдению.

Антиматерия — всякая частица материи имеет соответствующую анти-частицу. Когда они встречаются, они аннигилируют друг с другом, выделяя чистую энергию.

Асимптотическая свобода — свойство больших энергий, заставляющее их становиться слабее на коротких отрезках. Следовательно, хотя кварки и привязаны к ядру большой энергией, они могут двигаться в пределах ядра практически также, как если бы они не испытывали влияния этой силы вовсе.