Стивен Хокинг - Высший замысел
Сторонники теории струн давно подозревали, что предсказание десяти измерений придется уточнить, и недавние работы показали, что одно измерение действительно было пропущено. Также М-теория может рассматривать не только вибрирующие струны, но и точечные частицы, двухмерные мембраны, трехмерные капли и другие объекты, которые трудно изобразить и которые требуют еще больше — до девяти — пространственных измерений. Такие объекты называются р-бранами (р-мерная мембрана), где «р» может принимать значения от 0 до 9.
А как же огромное число способов, с помощью которых можно свернуть крошечные измерения? В М-теории эти дополнительные пространственные измерения не могут быть свернуты как угодно. Математика этой теории ограничивает способы сворачивания измерений внутреннего пространства. Точная форма внутреннего пространства определяет и значения физических констант, таких как заряд электрона, и природу взаимодействий между элементарными частицами. Иными словами, она определяет очевидные законы природы. Мы говорим «очевидные», поскольку речь идет о законах, которые мы наблюдаем в нашей Вселенной, — это законы четырех сил (фундаментальных взаимодействий) и такие параметры, как масса и заряд, характеризующие свойства элементарных частиц.
Но законы М-теории более фундаментальны, поэтому они допускают существование различных вселенных с различными очевидными законами в зависимости от того, как у них свернуто внутреннее пространство. М-теория содержит такие решения, согласно которым допустимо существование множества различных внутренних пространств; их возможное число может доходить до 10500. Это означает, что, в соответствии с М-теорией, могут существовать 10500 вселенных, у каждой из которых свои законы. Чтобы ощутить, насколько это много, представьте, что если бы кто-то задался целью проанализировать законы, предсказанные для этих вселенных, затрачивая всего одну миллисекунду на каждую из них, и приступил бы к работе в момент Большого взрыва, то к настоящему времени он изучил бы лишь 1020 из них. И это без всяких перерывов на кофе!
Столетия назад Ньютон показал, что математические уравнения могут дать поразительно точное описание того, как взаимодействуют объекты — хоть на Земле, хоть на небесах. Ученые пришли к убеждению, что будущее всей Вселенной можно увидеть, если только иметь надлежащую теорию и достаточные вычислительные возможности. Потом появились квантовая неопределенность, искривленное пространство, кварки, струны и дополнительные измерения, а как итог всего этого — 10500 вселенных, каждая со своими законами, и лишь одна из них та Вселенная, которая известна нам. Вероятно, придется распрощаться с первоначальной надеждой физиков создать единую теорию, объясняющую очевидные законы нашей Вселенной как единственно возможное следствие нескольких простых допущений. Где же тогда оказываемся мы? Если М-теория допускает наличие 10500 наборов очевидных законов, то как же мы угодили именно в ту Вселенную, где действуют законы, которые очевидны для нас? И как быть со всеми остальными возможными мирами?
6. Выбирая нашу вселенную
В мифологии народа бушонго, живущего в Центральной Африке, говорится, что изначально существовали только темнота, вода и великий бог Бумба. Однажды Бумбу из-за боли в животе стошнило, и он изверг солнце. Через некоторое время солнце высушило часть воды, в результате чего возникла суша. Но живот у Бумбы все еще болел, и его продолжало тошнить. Так появились луна, звезды, затем некоторые животные: леопард, крокодил, черепаха — и наконец человек. Племена майя на территории Мексики в Центральной Америке описывают похожую картину, предшествующую сотворению мира: существовали только море, небо и Творец. В одной из легенд майя Творец, несчастный оттого, что некому было прославлять его, создал землю, горы, деревья и большинство животных. Но животные не умели разговаривать, и тогда он решил создать людей. Сначала он сделал их из грязи и земли, но они говорили всякую ерунду. Оставив их разваливаться, он предпринял вторую попытку, на этот раз вырезав людей из дерева. Но эти люди получились тупыми. Он решил уничтожить их, но они сбежали в лес, получив по пути повреждения, которые немного изменили их, превратив в существа, называемые сегодня обезьянами. После этого фиаско Творец нашел, наконец, подходящий состав и создал первых людей из белых и желтых зерен кукурузы. Сегодня из кукурузы мы делаем этиловый спирт, но так и не можем потягаться с достижением Творца, создавшего людей, которые этот спирт пьют.
Подобные мифы о сотворении мира пытались ответить на вопросы, которые и мы задаем в этой книге: почему существует Вселенная и почему она такая, как есть. Наша способность обращаться к этим вопросам постоянно возрастала в течение столетий со времен древних греков, а особенно сильно выросла за прошлое столетие. И теперь, вооруженные знаниями из предыдущих глав, мы готовы предложить возможный ответ на эти вопросы.
Даже в древние времена могло быть очевидным, что либо Вселенная совсем недавнее творение, либо люди существовали на протяжении лишь очень краткого периода космической истории. Поскольку знания и техника людей развивались весьма быстро, то если бы люди существовали миллионы лет, человечество в своем развитии ушло бы гораздо дальше.
Согласно Ветхому Завету, Бог создал Адама и Еву всего через шесть дней после сотворения мира. Епископ Ашшер, Примас всей Ирландии с 1625 по 1656 год, определил начало мира более точно: в 9 часов утра 27 октября 4004 года до н. э. Мы придерживаемся другого мнения: люди появились сравнительно недавно, но сама Вселенная зародилась много раньше — около 13,7 миллиарда лет назад.
Первое действительно научное свидетельство того, что Вселенная имела начало, появилось в 1920-х годах. Как мы уже говорили в главе 3, в то время большинство ученых полагали, что Вселенная статична и существовала всегда. Свидетельство обратного было косвенным, основанным на наблюдениях американского астронома Эдвина Хаббла, которые он выполнил на 100-дюймовом телескопе обсерватории Маунт-Вилсон, расположенной на холмах над Пасаденой в Калифорнии. Проанализировав спектры света, приходящего от далеких галактик, Хаббл определил, что почти все галактики удаляются от нас, и чем дальше они находятся, тем быстрее удаляются. В 1929 году он опубликовал закон об отношении скорости их удаления к расстоянию от нас и сделал вывод, что Вселенная расширяется. Если это так, то в прошлом Вселенная должна была быть меньше. Действительно, если экстраполировать процесс в далекое прошлое, то вся материя и энергия во Вселенной должны были быть сконцентрированы в совсем крошечном объеме с невообразимой плотностью и температурой. Если же мы заглянем в прошлое достаточно далеко, то обнаружим, что должен быть тот момент, с которого все началось, — сегодня мы называем это событие Большим взрывом.
Представление о том, как Вселенная расширяется, имеет некоторую тонкость. Например, мы не имеем в виду, что Вселенная расширяется таким образом, как, скажем, кто-то может расширить свой дом, снося стену и пристраивая новую комнату на месте, где раньше стоял величественный дуб. Пространство, скорее, растягивается — расстояния между любыми двумя точками внутри Вселенной постоянно увеличиваются.
Такое представление возникло в 1930-х годах в обстановке больших противоречий, но одним из наиболее удачных способов для иллюстрации процесса расширения Вселенной до сих пор является метафора, предложенная в 1931 году английским астрономом Артуром Эддингтоном (1882–1944) из Кембриджского университета. Он уподобил Вселенную поверхности надуваемого резинового шарика, а все галактики — точкам на этой поверхности. Эта картина ясно показывает, почему дальние галактики удаляются быстрее, чем ближние. Например, если радиус шара увеличивается вдвое каждый час, то и расстояние между двумя галактиками на шаре будет каждый час удваиваться.
Если в какое-то время две галактики находятся в одном дюйме друг от друга, то через час они окажутся в двух дюймах друг от друга, то есть они будут выглядеть удаляющимися одна от другой со скоростью один дюйм в час. Но если начальное расстояние между ними было два дюйма, то час спустя между ними будет уже четыре дюйма, — следовательно, скорость их взаимного удаления будет равна двум дюймам в час. Это как раз то, что и обнаружил Хаббл: чем галактика дальше, тем быстрее она от нас удаляется.
Важно понимать, что расширение пространства не влияет на размер материальных объектов, таких как галактики, звезды, яблоки, атомы и другие тела, удерживаемые вместе той или иной силой. Например, если мы обведем в круг группу галактик на шаре, этот круг не будет расширяться вместе с шаром. Поскольку галактики удерживаются гравитационными силами, при увеличении шара нарисованный нами круг и галактики внутри него будут сохранять свои размеры и очертания. Это нужно учитывать, потому что мы можем выявить расширение, только если наши измерительные инструменты имеют фиксированные размеры. Если бы все свободно расширялось, то мы сами, наша измерительная рулетка и наши лаборатории расширялись бы пропорционально расширению пространства, и мы бы не заметили никакой разницы.
