Идеальная теория. Битва за общую теорию относительности
Шрифт:
Мультивселенная наряду с так называемым антропным принципом стала одним из любимых решений проблемы, связанной с космологической константой. На волне огромных успехов наблюдательной космологии многие стали считать эту константу существующей в реальной Вселенной, несмотря на то что предсказания квантовой теории дают для нее неприлично большие значения, сильно превосходящие рассчитанные по результатам наблюдений. Физики, занимающиеся теорией струн, утверждают, что невозможность получения в этой теории прогнозов обусловлена ландшафтом вероятных вселенных, каждая из которых обладает собственной симметрией, энергетической шкалой, типами частиц и полей и, что самое важное, собственной космологической постоянной. Реализуемыми являются все вселенные, даже с крайне малым значением этой константы.
Некоторые считают, что космология стала настолько насыщенной и сложной, что, возможно, мы достигли границ науки. Одним из скептиков, считающих, что данный подход зашел слишком далеко, является Джордж Эллис. Релятивист, вместе с Хокингом и Пенроузом в конце 1960-х закрепивший существование в космосе сингулярностей, Эллис одним из первых воспользовался Вселенной как огромной лабораторией и полигоном для проверки теории Эйнштейна. «Я не считаю существование этих других вселенных доказанным и не думаю, что его когда-либо удастся доказать, — говорит он. — Довод в пользу мультивселенной является хорошо обоснованным философским предположением, но пока его нельзя проверить, а значит, и нельзя считать полностью научным». Широкий спектр возможностей дает поле для любых предсказаний. Но даже в среде физиков, занимающихся теорией струн, проскальзывают мнения, что дело зашло слишком далеко. Новый подход отказывается от конечной цели современной физики — поиска уникального и простого объяснения всех фундаментальных взаимодействий, включая гравитационное. Принятие мультивселенной равносильно признанию поражения. Подобным развитием событий недоволен даже отец современной теории струн Эдвард Виттен, который говорит: «Надеюсь, что современные дискуссии в теории струн являются просто отклонениями от правильного направления».
Однако количество сторонников мультивселенной растет. Эта гипотеза решает ряд крупных проблем, например проблемы существования космологической константы и объяснения значений мировых констант. В СМИ на регулярной основе появляются заявления и отчеты о параллельных вселенных и доказательства безграничности и многовариантности пространства-времени. Все это является благодатной почвой для спекуляций и высказывания самых разных версий. Но как считает Эллис, к науке это не имеет отношения.
В 2009 году я посетил Принсипи — заросший пышной зеленью уголок в африканской глуши. Именно отсюда девяносто лет назад Артур Эддингтон писал Фрэнку Дайсону, будущему президенту Королевского астрономического сообщества: «Через облака. Надеюсь». Проведенные Эддингтоном измерения звездного света во время солнечного затмения упрочили положение общей теории относительности Эйнштейна на арене современных теорий. Эта экспедиция превратила Эддингтона и Эйнштейна в суперзвезд международного уровня.
Я приехал в маленькое островное государство Сан-Томе и Принсипи с пестрой группой англичан, португальцев, бразильцев и немцев, чтобы установить на участке, где проводили измерения Эддингтон и Коттингем, мемориальную доску — подарок Королевского астрономического общества и Международного астрономического союза.
После столетий колониального правления Сан-Томе и Принсипи на время превратилось в еще одно социалистическое африканское государство. В стране появился свободный рынок, а блестящие новые дома для состоятельных отдыхающих из Анголы составили резкий контраст большим, ветхим колониальным фермам.
Главный дом в Roca Sundy, где Эддингтон занимался измерениями, был в лучшей форме, чем многочисленные заброшенные колониальные дома в заросшей зеленью сельской местности. Региональный президент Принсипи — маленького острова с населением не более пяти тысяч человек — утверждал, что это его загородный дом. Оказалось, что он выдавал желаемое за действительное. Дом был запущенным, проржавевшим и необитаемым.
Меня до глубины души растрогал этот идеальный маленький уголок. В начале XX века в Сан-Томе и Принсипи родилась моя бабушка, и я много слышал от нее об этом месте. Кроме того, я ощутил причастность к поворотному пункту истории.
Именно здесь была доказана корректность теории Эйнштейна настолько, насколько вообще возможно доказать корректность научной теории. Именно здесь общая теория относительности стала реальным фактом.
Вокруг присутствовали остатки ушедшей эпохи — эпохи Эддингтона. Теннисный корт, бетонные трещины которого проигрывали борьбу неумолимо просачивающейся наверх растительности. Вокруг была пышная, всепобеждающая зелень. Все так сильно отличалось от сурового, ухоженного пейзажа среди болот, окружавшего Эддингтона почти всю его жизнь. После нашего посещения там осталась блестящая мемориальная доска, рассказывающая о достижении Эддингтона и, как мы надеемся, объясняющая всем, кто забредет в этот заброшенный уголок, какое знаменательное событие здесь произошло.
Оглядываясь на 1919 год, остается изумляться глубине развития идей Эйнштейна и Эддингтона. Простая гипотеза об отклонении света искривленным пространством-временем, ставшая ключом к проверке теории Эйнштейна, теперь, девяносто лет спустя, превратилась в один из самых мощных астрономических инструментов. Последние двадцать лет мы изучаем нашу Вселенную, наблюдая за тем, как пространство-время искажает свет. Наблюдение за звездами соседних галактик и ожидание момента, когда их свет внезапно сфокусируется, проходя мимо темного тяжелого объекта, позволяет искать темную материю. Крупицы темной материи, если они существуют, сыграют ту же самую роль, которую Солнце играло в эксперименте Эддингтона, искривив путь звездного света и сфокусировав его как линза. В большем масштабе мы пользуемся этим эффектом для наблюдения за скоплениями — группами от десятков до сотен галактик. Погруженные в пространство-время, эти тяжеловесы создают гигантские искажения, рассеивающие и выравнивающие свет удаленных галактик. Искривления и сдвиг их света дают современным астрономам возможность оценивать вес скоплений.
Зачем же на этом останавливаться? С типичной гордыней астрономы, космологи и релятивисты сосредоточились на составлении карт искажений пространства-времени до границ области наблюдений. Изучая эти срезы Вселенной и влияние пространства-времени на свет таких галактик, можно детально описать вид пространства-времени вокруг нас. Подняв на новый уровень идеи Эйнштейна и Эддингтона, мы изучим Вселенную, поняв, из чего она состоит и действуют ли в ней разработанные к настоящему моменту законы поведения пространства-времени.
В дни торжеств на острове Принсипи у всех на устах были имена Эйнштейна и Эддингтона. На этом затерянном в океане крошечном острове вряд ли стоило спрашивать окружающих, понимают ли они, о чем идет речь. Местные и приезжие высокопоставленные гости торжественно кивали, но это ничего не значит. Во время церемонии вокруг бегали дети и подростки. Они не очень понимали, что здесь происходило, но, разумеется, слышали про Эйнштейна. Некоторые даже знали про известного англичанина Эддингтона, который приезжал сюда много лет назад. Но все уверены, что их маленький остров заслуживает известности.
Толпа, присоединившаяся к этому странному экзотическому празднику, стала для меня еще одним причудливым признаком универсальности и демократичности теории Эйнштейна. Заумная, а порой и неразрешимая теория в то же самое время вполне доступна и легко выразима сжатым набором уравнений. История общей относительности охватывает многие континенты, а состав действующих лиц является действительно международным. Британский астроном, русский метеоролог, бельгийский священник, новозеландский математик, немецкий солдат, индийский вундеркинд, американский эксперт по атомным бомбам, южноафриканский квакер и многие другие оказались сведенными вместе элегантностью и мощью теории Эйнштейна.