Аманда Гефтер - На лужайке Эйнштейна. Что такое ничто, и где начинается всё

• Название: На лужайке Эйнштейна. Что такое ничто, и где начинается всё
• Автор: Аманда Гефтер
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2016
• ISBN: 978-5-17-087484-2

Вселенная выглядит так, словно ее объем конечен, и время ее существования также конечно. Значит, вопрос о ее возникновении не лишен смысла: может быть, ей предшествовало ничто? Ни пространства, ни времени, ни материи, ни существования? Можно ли себе представить ничто? Такой неожиданный вопрос задал Аманде Гефтер ее отец Уолтер Гефтер, когда ей было всего пятнадцать лет. Так получилось, что этот странный вопрос определил всю ее дальнейшую судьбу. Аманда стала погружаться в пучину современной физики и разбираться в хитросплетениях современной философии. Принято считать, что современная физика делается так далеко за пределами обыденного опыта, что только строгость и мощь используемого ею математического аппарата может обеспечить физику-теоретику подобие путеводной нити в его исследованиях, а философия может ему только помешать. Аманда Гефтер блестяще опровергает оба тезиса: журналистская непосредственность и философская проницательность помогают ей научиться видеть смысл формул, почти не обращая внимания на сами формулы, благодаря этому она добивается признания лучших физиков планеты и разговаривает с ними на равных.

---

Итак, энергия сохраняется, но это не имеет значения, потому что гравитация уже скомпенсировала все остальное, а барионный заряд не сохраняется вовсе. Чтобы он сохранялся, общее число протонов и нейтронов во Вселенной сегодня должно быть таким же, каким оно было при ее рождении, и не было бы никакого способа объяснить, откуда взялись все эти протоны и нейтроны.

– Означает ли это, что материя может спонтанно возникать из ничего?

– Да, – кивнул Гут. – Когда теория инфляции только-только создавалась, я говорил, что Вселенная, возможно, представляет собой абсолютно бесплатный обед. С тех пор идея инфляции в нашем видимом мире превратилась в теорию мультивселенной, которая постоянно растет. Если эта картина верна, то совершенно ясно, что вы получили все даром, в обмен на ничто, и продолжаете получать еще больше. И все это основано на идее, что во Вселенной не существует ненулевых сохраняемых величин.

– Гравитация компенсирует положительную энергию по всей мультивселенной?

– Совершенно верно, – сказал он.

– А что можно сказать о величинах, которые все-таки вроде бы сохраняются, как, скажем, момент импульса?

– Мы считаем, что угловой момент сохраняется, но, насколько мы можем судить, общий момент импульса Вселенной равен нулю. Если сложить угловые моменты всех галактик, вращающихся в разных направлениях, то согласно астрономическим данным сумма, действительно, равна нулю. Электрический заряд – еще одна величина, которая, как мы считаем, абсолютно точно сохраняется, но Вселенная в целом – электрически нейтральна.

– А если мы обнаружим, что существуют некоторые сохраняющиеся величины, принимающие ненулевое значение, будет ли это означать, что невозможно получить что-то из ничего?

– Конечно, это все изменило бы. Вечное расширение сразу стало бы мыслимым. Если для создания нашей Вселенной действительно требуется ненулевое значение какой-либо сохраняемой величины, то было бы невозможно создавать все больше и больше вселенных без нарушения закона сохранения.

– Но пока сохраняемые величины принимают нулевые значения, вы можете получить что-то из ничего.

– Наверное, лучше будет сказать, что нечто и есть это самое ничто, – сказал Гут. – Все, что мы видим вокруг, в некотором смысле – ничто.

Когда пришло время выступления Хокинга, я едва могла сдержать волнение. Хокинг был упрям, провокационен и неординарен. Он слыл скандалистом мирового класса, и мне не терпелось увидеть, какую новую штуку он выкинет на этот раз.

Он выехал на середину сцены в своем кресле.

– Вы меня слышите? – вежливо осведомился его компьютер.

– Да, – ответила публика.

– В моем выступлении я хочу предложить другой подход к космологии, который поможет ответить на главный вопрос: почему Вселенная такая, какая она есть?

Другой подход к космологии? Это обещает быть интересным.

– Каким образом мы можем выяснить, как родилась Вселенная? – спросил Хокинг. – Некоторые – в основном это те, кто воспитывался в традициях физики элементарных частиц, – просто игнорируют эту проблему. По их ощущению, задача физики – предсказывать то, что происходит в лаборатории… Меня поражает, что люди могут поддерживать такую убогую точку зрения, что они могут сосредоточиться только на конечном состоянии Вселенной и не задаваться вопросом, как и почему она возникла.

Те, кто делает попытку объяснить ее происхождение, говорил он дальше, движутся снизу вверх. Они начинают с некоторого начального состояния и отслеживают его изменения во времени, чтобы увидеть, как получается что-то, отдаленно напоминающее нашу Вселенную. Инфляционная модель именно это и делает, но, сказал он, даже теория типа «снизу-вверх» не имеет никакого смысла.

Хорошенькое дельце! Каждый участник этой конференции восхваляет большой успех инфляционной теории, а Хокинг встает и говорит, что она не имеет никакого смысла.

Инфляционная модель, между тем растолковывал Хокинг, нарушает принцип общей ковариантности, ключевой ингредиент теории Эйнштейна, который гарантирует, что всякая система отсчета равным образом предоставляет все необходимое для описания Вселенной. Вместо того чтобы работать с четырехмерным пространством-временем, в теории инфляции пространство-время разбито на три пространственных измерения и одно временно́е. Но чье это пространство? Чье время? Разбивая таким образом пространство-время, мы выбираем привилегированную систему отсчета – тяжелейшее преступление против теории относительности. Еще хуже то, продолжал он, что при определенном выборе координат, играющих роль времени, инфлатонное поле не будет расширяться. Другими словами, теория работает только в некоторых системах координат.

Это было увлекательно, но доклад делался крайне медленно. Проходили минуты между предложениями, минуты, в течение которых участники конференции старались сидеть тихо из уважения к докладчику. Было только слышно, как кто-то менял положение в кресле или покашливал.

Внезапно его правая нога начала сильно дрожать. Из-за этого компьютер, прикрепленный к коляске, стал вибрировать. Его помощник бросился к нему и, стоя на коленях, держал Хокинга за ногу так, чтобы он смог продолжать доклад.

Помимо проблем с инфляцией, говорил дальше Хокинг, существует фундаментальная проблема с подходом от простого к сложному вообще.

– В космологии путь снизу вверх – принципиально классический, поскольку предполагается, что он единственный и вполне определенный, – сказал он. – Но в одной из наших ранних работ с Роджером Пенроузом мы показали, что любые разумные классические космологические решения имеют сингулярность в прошлом. Это означает, что рождение Вселенной – квантовое событие.

Квантовые события описываются не единственным состоянием, а суперпозицией всех возможных состояний. То есть мы не просто не можем знать, в каком из этих состояний была Вселенная на самом деле, – но Вселенная, собственно, и не была ни в одном из них. По этой причине, сказал Хокинг, нам нужно рассматривать эволюцию Вселенной от настоящего к прошлому. Наблюдая особенности нашей Вселенной, сегодня мы сможем определить все возможные пути эволюции, которые привели бы к такой Вселенной. Поступая так, мы создаем некую историю Вселенной.

– Это означает, что истории Вселенной зависят от того, что измеряется, в противоположность обыденному представлению об истории Вселенной как о чем-то объективном и не зависящем от наблюдателя, – сказал он.

«Нет независимой от наблюдателя истории», – нацарапала я в моем блокноте и, немного поразмыслив, подчеркнула эту запись. Я не была уверена, что понимаю ее значение, но у меня было предчувствие, что она крайне важна.

Вечером я села в автобус, отправлявшийся на банкет. Рядом со мной в кресле сидел мужчина, бейдж которого также указывал на его причастность к прессе.

– Майкл Брукс, главный редактор журнала New Scientist, – представился он с очаровательным британским акцентом.

Я сразу узнала это имя. Я была заядлым читателем журнала New Scientist, и недавняя статья под названием «Жизнь как компьютерная симуляция, стираемая в конце» произвела на меня такое впечатление, что я вырезала ее из журнала и прикрепила к стене над моим компьютером. Автор статьи, Майкл Брукс, обсуждал работу философа Ника Бострома, который утверждал, что мы, по всей вероятности, живем внутри компьютерной симуляции вроде «Матрицы»[16]. Мысль Бострома состояла в том, что в конце концов наши компьютеры станут достаточно мощными, чтобы имитировать жизнь сознательных существ, таких как люди. Когда наступит это время, будущие программисты смогут имитировать целые сообщества, даже целые вселенные, и наблюдать, как разыгрываются различные сценарии – как в научно-исследовательских целях, так и для гиперреалистичных телепередач. Как только будет создана первая имитация реальности, сразу же последуют сотни, тысячи, миллионы моделей. Поэтому, учитывая неизбежное существование миллионов симулированных миров, вероятность того, что мы живем в одном-единственном по-настоящему реальном мире, близка к нулю.

В статье Брукс задавался вопросом, существует ли какой-то способ определить, в каком мире мы живем, в реальном или смоделированном. Программисты, рассуждал он, не стали бы тратить ресурсы на проектирование мельчайших микроскопических особенностей поддельной реальности. Если сымитированные наблюдатели начнут обнаруживать нестыковки тут и там, программисты всегда смогут на ходу заполнить пробелы. Таким образом, утверждал он, на микроскопическом масштабе смоделированный мир может выглядеть несколько бессмысленно. «Для тех, кто когда-нибудь сталкивался со странностями квантовой механики, они, возможно, могут служить тревожным сигналом», – писал Брукс.

Я сказала Бруксу, что я работаю внештатно: пишу для научных журналов, и мы разговорились о космологии и выслушанных докладах.