Джон Малоун - Нераскрытые тайны природы. Расширяющий кругозор экскурс в историю Вселенной с загадочными Большими Взрывами, частицами-волнами и запутанными явлениями, не нашедшими пока своего объяснения

• Название: Нераскрытые тайны природы. Расширяющий кругозор экскурс в историю Вселенной с загадочными Большими Взрывами, частицами-волнами и запутанными явлениями, не нашедшими пока своего объяснения
• Автор: Джон Малоун
• Издательство: Мир
• Жанр: Научпоп
• Год: 2004
• ISBN: 5-03-003537-0

В книге известного американского писателя рассматривается широкий спектр явлений, не получивших в рамках современной науки своего объяснения. Автором выделены более 20 таких загадок, в том числе: дает ли история Большого Взрыва исчерпывающее объяснение процесса возникновения Вселенной; возникла жизнь на Земле или была занесена из космоса; какова природа гравитации; сможем ли мы когда-нибудь предсказывать землетрясения и извержения вулканов; каков возраст Вселенной; существуют ли множественные миры; каково будущее Вселенной; не были ли динозавры теплокровными животными; как ориентируются птицы в процессе своих дальних миграций; откуда черпали индейцы майя свои познания в астрономии.

Для широкого круга читателей.

---

Пытаясь как-то объяснить то, что происходит, Уильямсон писал: «геодезические, или мировые, линии могут бесконечно разветвляться, отражая тем самым индетерминизм субатомного мира». Не стоит рассматривать это как набор бессмысленных терминов. Гриббин напоминает об известной диссертации на эту тему, написанной в 1957 г. Хью Эвереттом, в которой автор отмечает, что ему «не удалось красиво сформулировать эту мысль, хотя он и придал ей строгое математическое обоснование». В свое время диссертация Эверетта вызвала много споров, поскольку предлагала возможность развития, сопровождающегося непрерывным «расщеплением» Вселенной, с рождением бесконечного числа новых вселенных. Конечно, было бы неверно просто считать, что вселенные существуют «параллельно», так как они непрерывно разветвляются, порождая друг друга. Строго говоря, концепция множественности миров приводит нас к «отсутствию выбора вообще». В одной из вселенных (именно в той, которую мы знаем) Джон Уилкс Бутс застрелил президента Линкольна, в другой — рана президента оказалась не смертельной, еще в одной вселенной — покушение вообще не удалось. Наконец, мы найдем и такую вселенную, в которой нет ни Бутса, ни Линкольна. В каких-то вселенных субатомные события не привели к возникновению Соединенных Штатов, в других — к возникновению и развитию человечества вообще[10].

Даже убежденные сторонники концепции множественности миров признают, что она способна «сбить с толку» любого человека. С предельной ясностью это выражено в многократно цитируемом высказывании физика Брайса де Витта: «Каждый квантовый переход, происходящий в любой звезде, в любой галактике и вообще в любом уголке вселенной, расщепляет локальное физическое состояние на Земле на мириады копий этого состояния. Я до сих пор помню шок, который испытал, впервые осознав глубину концепции множественности миров». Восприятию этой идеи сопротивляется «здравый смысл» человека, служащий выражением нашего чувства «реальности». С другой стороны, следует отметить, что даже противники теории Эверетта признают, что она математически безупречна и согласуется с целым рядом других концепций квантовой механики. Как уже отмечалось в гл. 15, новейшие экспериментальные исследования показывают, что квантовая механика может описывать не только атомы и молекулы, но и воспринимаемый нами мир макрообъектов.

Частично противодействие восприятию теории множественности миров обусловлено ее сложностью и тем, что она практически не может быть проверена. По определению множественные миры не имеют связи друг с другом, что делает невозможными экспериментальные проверки их существования. В связи с этим можно напомнить, что модель раздувающейся (инфляционной) вселенной в теории Большого Взрыва тоже не поддается проверке, что вовсе не помешало ей получить широкое признание. Почему же физики с трудом воспринимают теорию множественности миров? Причина, мне кажется, в том, что инфляционная модель позволила космологам решить важные задачи. Поэтому они не замечают невозможность ее проверки. Концепция же множественных вселенных, являясь математическим следствием квантовой механики, практически не решает проблему, а скорее, создает новые, вследствие чего физики и игнорируют ее. Читатель, конечно, почувствует «двойной стандарт» такого подхода, поскольку сторонники теории множественности миров утверждают то же самое. Теория инфляции полезна космологам, и в равной степени им легко отказаться от концепции множественности миров. Примером непоследовательности может служить и позиция одного из создателей водородной бомбы Джона Уилера, который первым предложил термин «черная дыра». Когда-то Уилер, будучи наставником Эверетта, сам активно участвовал в развитии теории множественности миров, однако позднее выступил ее противником, считая, что эта концепция «содержит слишком много метафизической ерунды».

При этом интересно, что Уилер получил целый ряд теоретических результатов, приводящих к одному из вариантов идеи множественности существующих миров. В соответствии с его расчетами Вселенная (точнее, любая вселенная) расширяется лишь до некоторой степени, после чего она начинает сжиматься. Сжатие продолжается до тех пор, пока плотность и температура не станут бесконечно высокими, в результате чего с неизбежностью происходит новый Большой Взрыв. Однако каждая из вселенных, возникающих и погибающих в этом бесконечном циклическом процессе, отличается от предшествующей. Даже если ничтожное количество субатомных частиц в новой вселенной ведет себя иначе, нежели в предшествующей вселенной, всё в новой вселенной будет хотя бы немного отличаться от предыдущей и в конце концов окажется совершенно иным. Например, в одной из этих вселенных могут отсутствовать законы гравитации Ньютона или теории относительности Эйнштейна. В упоминавшейся выше книге «Тайная мелодия» Трин Хуан Туан пишет: «Большая часть таких циклов не создаст условий для развития разумных форм жизни. Возможно, требуемые условия случайно возникнут в каких-то из них… Безумное размножение вселенных у Эверетта Уилер заменил их бесконечной сменой, однако глобальная идея остается прежней — существует бесконечное число вселенных, в которых случайным образом изменяются физические константы, начальные условия и даже сами законы природы. Более того, все вселенные оказываются полностью изолированными друг от друга». В книге Туана, написанной в середине 1990-х годов, также подчеркивается, что научное обоснование циклической теории Уилера по некоторым причинам выглядит «более слабым», чем в исходной теории Эверетта о делящихся вселенных. Прежде всего не существует доказательств того, что количество вещества во вселенной достаточно для протекания циклов расширения и коллапса. Этот довод приобретает особую важность в свете последних открытий астрофизики, свидетельствующих о том, что вселенная будет расширяться вечно.

Джон Арчибальд Уилер, один из разработчиков американской водородной бомбы. Дж. Уилер придумал термин «черная дыра» и выдвинул теорию циклического расширения и сжатия вселенной. Учет квантовых свойств в таких масштабах приводит к тому, что каждый Большой Взрыв порождает вселенную с новыми физическими законами. (Предоставлено Американским институтом физики. Архив Эмилио Сегре.)

Для некоторых космологов более приемлема концепция множественных миров, предложенная Стивеном Хокингом. Астрофизик Митио Каку в книге «Hyperspace» («Гиперпространство») (1994) [1] пишет, что Хокинг работает «скорее как специалист по классической теории относительности, а не как физик-теоретик, занимающийся квантовой механикой» (другими словами, вначале Хокинга вдохновляли идеи Эйнштейна, а не принцип неопределенности Гейзенберга). Однако через несколько лет он приходит к выводу, что основой «теории великого объединения» (так иногда называют гипотетическую теорию, которая будет включать в себя квантовую физику, теории Эйнштейна и законы Ньютона) может служить только квантовая теория.

Центральным понятием квантовой механики является волновая функция, включающая полный набор возможных состояний данной системы. Хокинг предложил рассматривать всю Вселенную в качестве одной квантовой системы с бесконечным набором возможных состояний, т. е. ввести волновую функцию Вселенной, содержащую бесконечное множество возможных вселенных. Такая волновая функция, по-видимому, должна представлять собой частный случай по отношению к нашей Вселенной (иначе мы просто не могли бы рассуждать о ее свойствах и играть роль ее наблюдателей), в то время как все остальные вселенные должны быть, образно говоря, «мертвыми». Конечно, существует возможность того, что среди бесконечного набора возможных состояний волновой функции существует и другая выделенная вселенная (возможно, даже более предпочтительная, чем наша), где значительно превосходящие нас по интеллекту существа уже давно решили задачи, над которыми мы ломаем голову.

Число вселенных в модели Хокинга бесконечно (как и число делящихся вселенных у Эверетта), однако многим физикам подход Хокинга нравится больше, поскольку его вселенные не входят в состав друг друга, а четко разделяются, занимая дискретные участки, или «пузырьки», пространства. В то же время модель Эверетта пугает тем, что каждое наше действие создает новые вселенные, в результате чего мы и сами расщепляемся между различными альтернативами. Некоторые из этих расщепляющихся вселенных могут не содержать автора этой книги, другие — ее читателей, а в некоторых вселенных отсутствуют и физики, размышляющие над данной проблемой. Представьте себе ситуацию, когда после расщепления Вы попадаете во вселенную, где Вас тут же сбивает машина с пьяным водителем за рулем (в предшествующей вселенной он просто промчался бы мимо Вас).