Майкл Брукс - Тринадцать вещей, в которых нет ни малейшего смысла
С Джоном Хорганом мы впервые встретились в Кембриджском университете летом 2005 года, а с тех пор успели познакомиться ближе. Я к нему испытываю огромное уважение, но все же думаю, он был не прав. Да, стараниями Оле Рёмера мы получили световую константу, и после него, благодаря постоянному прогрессу науки, еще массу информации о механизмах Вселенной. Но узнать предстоит куда как многое — и эти дела отнюдь не обещают превратиться в нудную рутину.
Покинув брюссельский отель «Метрополь», я изучал лишь тринадцать из всех аномалий, известных современной науке. Некоторые из них, так сказать, более аномальны, чем другие, но ни одна не может обойтись без дальнейших исследований и объяснений. Одни требуют серьезного отношения воленс-ноленс; к другим, возможно, энтузиасты относятся чересчур трепетно. Астроном Саймон Уайт, в частности, предполагает, что усилия его коллег познать тайну темной энергии, скорее всего, чрезмерны по сравнению с реальной ценностью этого знания. Порой научная аномалия ставит нас перед неприятными и совершенно нежелательными фактами — таково, например, заблуждение насчет свободы воли. Но при всем разнообразии волнующих или пугающих моментов, каждый такой случай предоставляет великолепную возможность для исследований и открытий. Те, в свою очередь, как было с радиоактивностью или квантовой теорией, помогут в разгадке аномалий, которые пока остаются неизвестными ученым. Как высказался однажды Джордж Бернард Шоу, наука не может решить ни одну проблему, не создав при этом десяток новых.
Древние лучи звезд, пронизывающие темный холст надо мной, ежеминутно, ежесекундно подтверждают правоту писателя. Рёмер разрешил проблему орбитального цикла Ио, установив предел скорости света. И своим постулатом создал новую космологическую проблему, при решении которой может обнаружиться еще тысяча следующих.
Звезды — гигантские термоядерные реакторы, излучающие свет и тепло в виде квантов. Солнце — сравнительно маломощная модель такой энергетической установки, но людям оно дает гораздо больше света и прямое ощущение тепла: наша звезда, в отличие от Ориона, находится достаточно близко, чтобы дотронуться до Земли своим жаром. Пока я прохлаждаюсь на холме, Солнце около девяти минут назад выпустило тот фотон, который только что увидели в Австралии. Вот я щелкнул пальцами — и следующий фотон отлетает от светила к нескольким прохожим, гуляющим с утра пораньше по пляжу под Сиднеем. Через девять минут он туда доберется.
Здесь, в ограниченной скорости света, кроется еще одна аномалия. Хотя разницу между теплом Бонди-Бич и холодком на холмах Юго-Западной Англии легко измерить, Вселенная в целом удручающе однообразна в этом смысле. В какую точку космического пространства ни сунься со своим термометром, везде температура более или менее одинакова — примерно на три градуса выше абсолютного ноля, физически возможного максимума холода. Каковой, учитывая конечную скорость света, есть полный абсурд.
На первый взгляд ничего необычного — к эффектам теплового баланса мы приучены. Вот я лежу на траве, и ноги мои имеют ровно ту же температуру, что голова. Спина, правда, озябла слегка, но это оттого, что почва, с которой она прямо соприкасается, забирает некоторую долю тепла, а в целом оно равномерно распределяется по организму.
Причина здесь та же, что у свечения звезд: нагретые тела излучают энергию в виде фотонов, которые сталкиваются с другими, обычно менее горячими телами и частицами. В момент столкновения энергия передается от теплого к холодному, пока их температуры не уравновесятся. По прошествии достаточного времени должен установиться всеобщий тепловой баланс.
Проблема в том, что у Вселенной этого времени как раз не оказалось. В момент рождения она явно не была однородной, в ней царили все виды энтропии. Благодаря изучению различных характеристик звезд мы знаем о расширении Вселенной; это означает, что за 13,7 миллиарда лет, минувших с Большого взрыва, стремительное рассредоточение оставило отдельные области космоса — прежде всего скопления галактик — вне контакта с другими, как бы за горизонтом. Поскольку скорость света ограничена, фотоны из «горячих» зон не успели достичь большинства «холодных» частей, чтобы Вселенная пришла в равновесие. Однако же повсюду в ней, фигурально говоря, от края до края, температура в основном одинакова.
У астрономов этот феномен так и называется — проблема горизонта. Вернее, назывался до тех пор, пока Алан Харви Гут не предложил решение. Грубо говоря, следующее: сразу после Большого взрыва Вселенная начала разлетаться со сверхскоростью. Затем она столь же мгновенно «остепенилась» и перешла на более размеренные темпы. Причина этого неясна.
Однако проблему горизонта теоретическая модель Гута разрешила вполне успешно: согласно ей до начала инфляционного расширения Вселенная была настолько мала, что фотоны могли быстро пролететь ее из конца в конец, установив тепловой баланс. И только потом она взорвалась; предполагаемое единое поле распалось.
Только вот никто не знает, отчего бы Большой взрыв происходил именно так, как предполагает Алан Гут. Или почему «инфляция» вдруг замедлилась. Это объяснение вообще едва ли можно счесть исчерпывающим, но оно лучшее из всех, что мы имеем. В самом деле, гипотеза Гута теперь настолько общепринята в космологии, что мы как бы по умолчанию стали считать скачкообразное расширение само собой разумеющимся эпизодом в истории Вселенной: по уровню достоверности — где-нибудь рядом с битвой при Ватерлоо, если перевести события в земной масштаб. Мы, разумеется, не знаем всех деталей космического «скачка» — равно как и подробностей гибели каждого из солдат Веллингтона или Наполеона на заболоченной бельгийской равнине, — но теперь имеем достоверные свидетельства, что сразу после Большого взрыва Вселенная прошла фазу сверхбыстрого расширения. Одним словом, гипотеза Гута — весьма изящное решение очень важной проблемы.
Но не всех она убеждает. Пол Стейнхардт из Принстона сомневается, что инфляционное расширение имело место, а нобелевский лауреат Роберт Лафлин — один из тех ученых, кто старается обуздать редукционизм, — в своем скепсисе идет еще дальше. Всеобщее принятие стандартной модели космологии — Большой взрыв плюс инфляционное расширение, — по его мнению, не гарантирует истины, поскольку коронным доводом в ее пользу ученые решили считать реликтовое микроволновое излучение. А это «эхо Большого взрыва» возникло спустя триста тысяч лет от начала Вселенной; так что идея, будто оно может поведать нам что-либо о первых мгновениях мироздания, по словам Лафлина, «смахивает на попытку вывести свойства атомов из разрушений, причиненных бурей».
Итак, Алан Гут решил проблему к удовлетворению большинства физиков. Но его триумф — не последняя точка, а, скорее, открытая дверь, за которой притаился новый ряд сложных вопросов. Сформулировать их по большей части нетрудно. Четверть века, например, мы топчемся на месте, пытаясь разобраться, как и почему Вселенная стала расширяться. Если проблема горизонта аномальна, то инфляционная модель решает ее лишь частично; на самом деле мы просто наложили поверх невежества хитроумную теорию.
Однако здесь я не стал касаться проблемы горизонта — в частности, потому, что разобраться с ней, вполне возможно, помогут описанные аномалии. Исследования темной энергии, холодного ядерного синтеза или переменных констант могут в итоге породить более глубокую теорию, чем, например, квантовая электродинамика, и эта новация заодно объяснит происхождение космологического «большого скачка».
Другие аномалии также имеют разностороннее значение: разгадка происхождения смерти и появления гигантских вирусов поможет понять природу эволюции; изучение эффекта плацебо способно — и должно, по всей вероятности, — изменить облик медицины; борения с мифом о свободе воли совершенствуют наш взгляд на человеческую натуру и долг. Осторожно говоря, работы здесь, по-моему, хватит и следующему поколению радикально мыслящих ученых, и еще тем, кто придет им на смену.
Посвятить свою книгу я решил человеку, учившему меня физике в пятнадцать лет, потому что знакомство с научными открытиями, описанными в ней, зажгли во мне то же любопытство и восхищение, которые впервые вызвал к жизни мой наставник. Под его руководством наука превратилась для меня в мир чудес, в предмет увлекательных споров и исследований, побуждающих ум. Мы общались всего чуть больше двух лет, но дар его живет уже два с лишним десятилетия. И точно так же я мог бы отдать долг благодарности, посвятив книгу его нынешним ученикам из поколения, которое, возможно, разгадает эти аномалии и откроет множество следующих.
Томас Кун в своей книге о сменах парадигм обозначил мысль, что главные открытия в науке делают либо очень молодые люди, либо новички в данной дисциплине. Чарльз Дарвин это тоже знал. Его «Происхождение видов» завершается примечательными словами: «Я никоим образом не надеюсь убедить опытных натуралистов, владеющих огромным фактическим материалом, который на протяжении длинного ряда лет рассматривался ими с точки зрения, прямо противоположной моей». Но, добавляет он, «я обращаюсь с доверием к будущему — к молодому, подрастающему поколению натуралистов, которые будут в состоянии с должным беспристрастием взвесить обе стороны вопроса».
