В современной физике реальность описывают две теории: квантовая теория говорит об электромагнитном, слабом и сильном взаимодействиях, а общая теория относительности — о гравитации. Проблема в том, что они не согласуются, — требуется другая теория. В "Уравнении Бога: В поисках теории всего" Митио Каку рассказывает, как ученые оказались в нынешнем положении и как пытаются из него выбраться. Через труды Ньютона, Максвелла, Эйнштейна он подводит к одному из возможных выходов — теории струн: элегантному, умопомрачительному и почти мистическому математическому построению, фундамент которого он сам и заложил полвека назад (возможно, поэтому альтернативные теории всего в книге упоминаются вскользь). Что если теория струн верна и что вообще может дать теория всего? Об этом Каку рассуждает в приведенном отрывке.
Моя собственная точка зрения
Вселенная — замечательно красивое, упорядоченное и простое место. Мне кажется невероятно удивительным то, что все известные законы физической Вселенной можно изложить на одном-единственном листе бумаги.
На этом листе, конечно, найдется место для теории относительности Эйнштейна. Стандартная модель сложнее, ее зоопарк элементарных частиц занимает большую часть листа. Вместе они могут описать все в известной нам Вселенной, начиная с того, что находится внутри протона, и заканчивая самыми далекими уголками видимого пространства.
С учетом предельной ограниченности этого листа бумаги трудно не прийти к мысли о том, что все было спланировано заранее, что в элегантности Вселенной видна рука какого-то космического дизайнера. Для меня именно это служит сильнейшим аргументом в пользу существования Бога.
Но краеугольным камнем наших представлений об окружающем мире является наука, которая основана в конечном итоге на вещах проверяемых, воспроизводимых, опровержимых. Этим все сказано. В таких дисциплинах, как литературоведение, со временем все усложняется. Специалисты вечно гадают, что на самом деле хотел сказать Джеймс Джойс тем или иным пассажем. Но физика движется в противоположном направлении — чем дальше, тем она становится проще, оказываясь в итоге следствием пригоршни уравнений. Мне кажется, это замечательно. Но ученые зачастую не спешат признавать, что на свете может существовать что-то помимо царства науки.
Например, невозможно опровергнуть отрицательное утверждение.
Представьте, что мы хотим опровергнуть существование единорогов. Даже если мы прочешем большую часть поверхности Земли и не обнаружим ни одного единорога, всегда остается вероятность того, что единороги живут на каком-то неизвестном острове или в тайной пещере. Таким образом, опровергнуть существование единорогов невозможно. Это означает, что даже через сто лет люди по-прежнему будут спорить о существовании Бога и смысле Вселенной. Дело в том, что эти концепции непроверяемы и, следовательно, неразрешимы. Они находятся вне царства обычной науки.
Аналогично, даже если мы во время путешествий в открытом космосе никогда не встречали Бога, всегда остается возможность его существования где-то там, где мы еще не бывали.
Поэтому я агностик. Мы пока лишь очень поверхностно изучили Вселенную, и было бы слишком самоуверенно делать заявления о ее природе в целом, недоступной нашим инструментам.
Не стоит также забывать, что любому исследователю придется рано или поздно столкнуться с тезисом св. Фомы Аквинского о необходимости существования Перводвижителя. Иными словами, откуда все взялось? Даже если Вселенная началась именно так, как говорит теория всего, то откуда взялась сама теория всего?
На мой взгляд, она существует потому, что это единственная математически непротиворечивая теория. Все остальные теории изначально имеют недостатки и противоречия. По моему мнению, если начать с любой другой теории, то в конечном итоге можно доказать, что 2 + 2 = 5, иначе говоря, эти альтернативные теории внутренне противоречивы.
Напомню, что на пути к признанию теорию всего ожидает множество препятствий. Когда мы вводим в какую-нибудь теорию квантовые поправки, она обычно рушится: в ней возникают бесконечные расходимости или ее первоначальную симметрию губят аномалии. Я убежден, что существует, возможно, всего одно решение для данных ограничений, способное привести теорию в порядок, исключив все прочие возможности. Наша Вселенная не может существовать в пятнадцати измерениях, поскольку такая вселенная страдала бы от фатальных недостатков. (В десятимерной теории струн, когда мы вычисляем квантовые поправки, они часто содержат множитель (D – 10), где D — размерность пространства-времени. Очевидно, если принять D = 10, то эти неприятные аномалии исчезнут. Если же не приравнять D десяти, то мы получим другую вселенную, полную противоречий, где нарушается математическая логика. Точно так же при введении мембран и вычислениях в рамках M-теории мы получаем нежелательные слагаемые, содержащие множитель (D – 11). Следовательно, в рамках теории струн существует только одна внутренне непротиворечивая вселенная, где 2 + 2 = 4, и существует она в десяти или одиннадцати измерениях.)
Таким образом, это и есть возможный ответ на вопрос, поднятый Эйнштейном в процессе поиска теории всего: был ли у Бога при создании Вселенной выбор? Уникальна ли наша Вселенная или есть много форм ее существования?
Если мои мысли верны, то выбора никакого нет. Существует лишь одно уравнение, способное описать нашу Вселенную, потому что все остальные математически несостоятельны.
Так что финальное уравнение Вселенной уникально и единственно. Решений у него может быть бесконечное множество, но само уравнение единственно.
Это проливает свет еще на один вопрос: почему в мире вообще существует хоть что-то, а не сплошное ничто?
В квантовой теории нет такой вещи, как абсолютное ничто. Мы видели, что абсолютной черноты не существует, так что черные дыры на самом деле серые и должны испаряться. Аналогично при поиске решения квантовой теории мы обнаруживаем, что минимальная энергия не равна нулю. Так, невозможно достичь абсолютного нуля, поскольку атомы в самом низком квантовом энергетическом состоянии все же испытывают колебания. (Точно так же, согласно квантовой механике, невозможно достичь нулевой энергии квантово-механически, поскольку у вас все равно останется энергия нулевой точки, то есть минимальные квантовые колебания. Состояние нулевых колебаний нарушило бы принцип неопределенности, поскольку нулевая энергия означает состояние нулевой неопределенности, которое запрещено.)
Итак, откуда же взялся Большой взрыв? Вероятнее всего, это была квантовая флуктуация в Ничто. Даже Ничто, или чистый вакуум, непрерывно пенится частицами вещества и антивещества, которые возникают парами в вакууме, а затем вновь исчезают в том же вакууме. Именно так из ничего возникло нечто.
Хокинг, как мы говорили, называл это пространственно-временной пеной, имея в виду пену из крохотных пузырьковых вселенных, непрерывно выскакивающих из вакуума и вновь исчезающих в нем. Мы не видим этой пространственно-временной пены, потому что каждый пузырек много меньше любого атома. Но время от времени один из этих пузырьков не растворяется вновь в вакууме, а расширяется, пока не начнется инфляционный процесс и не возникнет целая вселенная.
Так почему существует не ничто, а нечто? Потому что первоначально наша Вселенная возникла из квантовых флуктуаций в Ничто. В отличие от бесчисленных других пузырьков, наша Вселенная вырвалась из пространственно-временной пены и продолжила расширение.
Было ли у Вселенной начало?
Даст ли наша теория всего ответ на вопрос о смысле жизни? Много лет назад я видел странный плакат, выпущенный одним обществом медитации. На нем были изображены уравнения супергравитации в их полной математической красоте, при этом от каждого члена шла стрелочка с надписью "мир", "покой", "единство", "любовь" и т. п.
Иными словами, смысл жизни был встроен в уравнения теории всего.
Лично я считаю, что вряд ли математический член какого бы то ни было уравнения физики можно приравнивать к любви или счастью.
Однако я убежден, что у теории всего найдется что сказать о смысле Вселенной. В детстве меня воспитывали в протестантской вере, хотя родители мои были буддистами. Эти две великие религии — христианство и буддизм — придерживаются противоположных точек зрения в отношении Создателя. В христианстве Бог создал мир в какой-то определенный момент времени. Католический богослов и физик Жорж Леметр, один из архитекторов теории Большого взрыва, считал, что теория Эйнштейна не противоречит Книге Бытия.
В буддизме Бога как такового нет. Вселенная там не имеет ни начала, ни конца. Существует лишь вневременная нирвана.
Как можно соединить эти две диаметрально противоположные точки зрения? Вселенная либо имела начало, либо нет. Промежуточные варианты невозможны.
Но на самом деле теория мультивселенной позволяет нам взглянуть на это противоречие совершенно по-новому.
Возможно, наша Вселенная все же имела начало, как сказано в Библии. Но, возможно, Большие взрывы происходят все время, согласно инфляционной теории, порождая целую ванну пузырьковых вселенных. Возможно, эти вселенные расширяются в гораздо более обширной области — своеобразной нирване гиперпространства. Так что наша Вселенная имеет начало и представляет собой трехмерный пузырь, плавающий в гораздо более обширном пространстве одиннадцатимерной нирваны, в которой постоянно возникают и другие вселенные.
Таким образом, идея мультивселенной позволяет соединить креационистскую мифологию христианства с нирваной буддизма в единую теорию, совместимую с известными физическими законами.
Смысл в конечной Вселенной
В конечном итоге, я уверен, мы создаем во Вселенной свой собственный смысл.
Слишком просто и легко оглядываться на некоего гуру, спустившегося с горных высей и принесшего нам смысл Вселенной. Чтобы понять и оценить смысл жизни, необходимо прилагать усилия. Если преподнести его в готовом виде, теряется всякая идея смысла. Смысл жизни, доступный даром, потерял бы свое смысловое наполнение. Все, что имеет смысл, добывается в результате борьбы и жертв и стоит того, чтобы за него сражаться.
Но трудно утверждать, что Вселенная имеет смысл, если сама она когда-нибудь умрет. Физика в каком-то смысле вынесла Вселенной смертный приговор.
Несмотря на все высокоученые дискуссии о смысле и цели Вселенной, все это может оказаться бесполезным, поскольку наша Вселенная обречена на гибель в ходе Большого замерзания. Согласно второму закону термодинамики, все в замкнутой системе должно со временем распасться, заржаветь или рассыпаться. Естественный порядок вещей — увядание и со временем прекращение существования. Все на свете неизбежно должно умереть, когда умрет сама Вселенная. Так что, какой бы смысл мы ни приписывали Вселенной, ее смерть унесет его с собой.
Но опять же, возможно, слияние квантовой теории с теорией относительности даст нам лазейку и позволит Вселенной уцелеть. Как было сказано выше, второй закон термодинамики рано или поздно обрекает вселенную в замкнутой системе на гибель. Ключевое слово здесь замкнутая. В открытой вселенной, куда энергия может поступать извне, можно обратить действие второго закона вспять.
Так, бытовой кондиционер, на первый взгляд, нарушает второй закон термодинамики, поскольку вбирает в себя хаотический теплый воздух и охлаждает его. Но кондиционер получает энергию извне, от компрессора, и потому не является замкнутой системой. Аналогично жизнь на Земле, на первый взгляд, нарушает второй закон термодинамики, потому что всего за девять месяцев превращает гамбургеры и картошку фри в младенца — а это настоящее чудо.
Так почему жизнь на Земле возможна? Потому что у нас имеется внешний источник энергии — Солнце. Земля не является замкнутой системой, а солнечный свет позволяет нам извлекать энергию Солнца и получать с ее помощью пищу, необходимую для питания малыша. Так что во втором законе термодинамики имеется лазейка. Солнечный свет делает возможными эволюцию и развитие от низших форм к высшим.
Точно так же можно использовать кротовые норы, чтобы открыть проход в другую вселенную. Судя по всему, наша Вселенная замкнута. Но не исключено, что однажды, возможно перед лицом смерти Вселенной, наши потомки сумеют воспользоваться своими громадными научными знаниями, чтобы накопить достаточно положительной энергии и открыть туннель в пространстве и времени, а затем при помощи отрицательной энергии (и квантового эффекта Казимира) стабилизировать его. Когда-нибудь наши потомки овладеют планковской энергией — энергией, при которой пространство и время становятся нестабильными, — и воспользуются мощными технологиями, чтобы покинуть нашу умирающую Вселенную.
Таким образом квантовая гравитация, вместо того чтобы оставаться упражнением в математике одиннадцатимерного пространства-времени, становится космической межпространственной спасательной шлюпкой, позволяющей разумной жизни обойти второй закон термодинамики и переместиться в какую-нибудь гораздо более теплую вселенную.
Так что теория всего — больше чем просто красивая математическая теория. В конечном итоге она может оказаться нашим единственным спасением.