Кратчайшая история времени
Шрифт:
Сегодня мы уже знаем законы, управляющие поведением материи во всех состояниях, кроме самых экстремальных. В частности, мы знаем законы, которые составляют фундамент химии и биологии. Но мы, безусловно, не можем считать задачи этих дисциплин решенными. И пока еще мы не слишком преуспели в предсказании человеческого поведения с помощью математических уравнений! Итак, даже отыскав набор основных законов, мы окажемся перед бросающей вызов человеческому интеллекту задачей совершенствования приближенных методов, не решив которую мы не научимся предсказывать вероятные последствия в сложных реальных ситуациях. Полная согласованная объединенная теория — это лишь первый шаг. Наша цель состоит в полном объяснении происходящих вокруг нас событий и нашего собственного существования.
Глава двенадцатая
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Мы
Пытаясь ответить на вопросы, мы принимаем ту или иную «картину мира». И бесконечная башня из черепах, поддерживающих плоскую Землю, такая же картина, как и теория суперструн (рис. 37). И то и другое есть теории строения Вселенной, хотя последняя гораздо более математизирована и точна, чем первая. Им обеим недостает наглядных подтверждений: никто никогда не видел гигантской черепахи, на спине которой покоится Земля, но никто не видел и суперструн. Однако черепашью теорию не назовешь добротной научной концепцией, потому что она предсказывает, что люди могут свалиться с края света. Этот прогноз не согласуется с опытом, если только не окажется, что он объясняет предполагаемые исчезновения людей в Бермудском треугольнике!
Самые ранние попытки теоретического описания и объяснения Вселенной включали идею о том, что ход событий и природных явлений направляют духи, наделенные человеческими эмоциями и действующие по-человечески непредсказуемо. Эти духи населяли природные объекты, такие как реки и горы, а также небесные тела вроде Солнца и Луны. Их нужно было умиротворять и ублажать, чтобы почва плодоносила, а времена года сменяли друг друга. Со временем, однако, было замечено существование определенных закономерностей: Солнце всегда вставало на востоке и садилось на западе независимо от того, были принесены жертвы богу дневного светила или нет. Более того, Солнце, Луна и планеты двигались по небу строго определенными путями, которые удавалось довольно точно предсказать. Солнце и Луна все еще могли считаться богами, но эти боги повиновались строгим законам, очевидно никогда не позволяя себе отступлений, если не принимать в расчет таких историй, как предание об Иисусе Навине, остановившем Солнце.
Сначала эти правила и закономерности отмечались только при наблюдениях за звездным небом и в немногих других ситуациях. Однако по мере развития цивилизации, особенно в последние триста лет, стало обнаруживаться все больше и больше таких законов и правил. Успехи, достигнутые благодаря этим законам, побудили Лапласа в начале девятнадцатого столетия постулировать научный детерминизм. Он предположил, что должен существовать набор законов, точно определяющих развитие Вселенной исходя из ее состояния в некий один определенный момент времени.
Лапласовский детерминизм был неполон в двух отношениях. Он ничего не говорил о том, какими должны быть законы, и не определял начальную конфигурацию Вселенной. Этот выбор был оставлен за Богом. Бог решал, каким быть началу Вселенной и каким законам ей надлежит повиноваться, но после ее зарождения Он не должен был вмешиваться. Фактически прерогативы Бога ограничивали теми вопросами, которые не понимала наука девятнадцатого столетия.
Сегодня мы знаем, что надежды, которые Лаплас возлагал на детерминизм, не оправдались, по крайней мере так, как ему виделось. Принцип неопределенности квантовой механики подразумевает, что некоторые пары физических величин, например положение и скорость элементарной частицы, нельзя одновременно предсказать сколь угодно точно. Квантовая механика справляется с этой ситуацией благодаря семейству теорий, в которых элементарные частицы не имеют точных положений и скоростей, а представляются волнами. Эти квантовые теории являются детерминистскими в том смысле, что определяют точные законы эволюции волны во времени. Если известны характеристики волны в один момент времени, то можно вычислить, какими они будут в любой другой момент. Элемент непредсказуемости, случайности возникнет, только если мы попробуем интерпретировать волну в терминах положений и скоростей частиц.
В сущности, мы уже пересмотрели задачу науки: это открытие законов, которые позволят нам предсказывать события в границах, установленных принципом неопределенности. Однако остается вопрос: как или почему были выбраны эти законы и начальное состояние Вселенной?
В этой книге особое внимание уделялось законам, которые управляют гравитацией, потому что именно она предопределяет крупномасштабную структуру Вселенной, хотя и является самой слабой из четырех основных сил. Законы гравитации несовместимы с тем господствовавшим до недавнего времени взглядом, что Вселенная неизменна во времени: то, что гравитация всегда притягивает, означает, что Вселенная должна либо расширяться, либо сжиматься. Согласно общей теории относительности в далеком прошлом должно было существовать состояние Вселенной с бесконечной плотностью — Большой Взрыв, который можно считать началом времени. Если Вселенная снова сожмется, то в будущем ее должно ожидать другое состояние бесконечной плотности, «большое схлопывание», которое станет концом времени. Даже если Вселенная в целом не сожмется, сингулярности должны возникнуть в ограниченных ее областях, где коллапс приведет к образованию черных дыр. Эти сингулярности стали бы концом времени для всякого, кто упал в черную дыру. При Большом Взрыве и в других сингулярностях нарушаются все физические законы и Бог по-прежнему полностью волен решать, что должно произойти и как должна начаться Вселенная.
Объединение квантовой механики с общей теорией относительности, похоже, открывает нам новую, неизвестную прежде возможность: конечное четырехмерное пространство-время без сингулярностей или границ, подобное поверхности Земли, но обладающее большим числом измерений. Похоже, эта идея позволяет объяснить многие из наблюдаемых свойств Вселенной, например ее крупномасштабную однородность и отклонения от однородности в меньшем масштабе, подобные галактикам, звездам и даже людям. Но, если Вселенная полностью автономна, не имеет сингулярностей или границ и вся может быть описана объединенной теорией, это заставляет коренным образом пересмотреть роль Бога как Творца.
Эйнштейн однажды спросил: «Обладал ли свободой Бог, когда создавал Вселенную?» Если верно предположение об отсутствии у Вселенной границ, то Бог не располагал свободой выбора начальных условий. Конечно, Он все еще был бы волен выбирать законы, которым подчиняется Вселенная. Но и это в действительности не назовешь большим выбором: возможно, лишь одна — или небольшое число — полных объединенных теорий, типа теории струн, являются непротиворечивыми и допускают существование столь сложных структур, как люди, способные исследовать законы Вселенной и задавать вопросы о природе Бога.
Но даже если существует только одна полная объединенная теория, она есть не более чем набор правил и уравнений. Что же вдыхает огонь в формулы и создает Вселенную, которую они описывают? Обычный подход науки — построение математической модели — не позволяет ответить на вопрос о том, почему должна существовать Вселенная, описываемая моделью. Зачем Вселенная готова влачить бремя существования? Неужели объединенная теория столь неотразима, что вызывает к жизни самое себя? Или она нуждается в Создателе, а если так, имеет ли Он иную власть над Вселенной? И кто создал Его самого?
До сих пор большинство ученых были слишком заняты созданием новых теорий, описывающих, что есть Вселенная, чтобы задаваться вопросом зачем. С другой стороны, люди, чье дело спрашивать зачем, философы, не могли угнаться за прогрессом естественнонаучных доктрин. В восемнадцатом столетии философы считали все человеческое знание, включая естественные науки, областью приложения своих сил и обсуждали такие вопросы, как было ли у Вселенной начало. Однако в девятнадцатом и двадцатом веках естественные науки слишком тесно переплелись с техникой и математикой, чтобы оставаться доступными пониманию философов или кого-либо еще, кроме немногих специалистов. Философы сократили сферу своих притязаний настолько, что Витгенштейн, наиболее известный мыслитель двадцатого столетия, сказал: «Единственная задача, оставшаяся философии, это анализ языка». Какой упадок после великой традиции философии от Аристотеля до Канта!