Скрытая реальность. Параллельные миры и глубинные законы космоса
Шрифт:
Иногда наука направляет фокус на детали. Она говорит нам, почему планеты вращаются по эллиптическим орбитам, почему небо голубое, почему вода прозрачная, почему письменный стол твёрдый. Сколь бы привычными эти факты ни казались, поразительно, что мы можем их объяснить. Иногда наука расширяет фокус и смотрит на вещи более широко. Она обнаруживает, что мы живём внутри галактики, насчитывающей несколько сотен миллиардов звёзд, она устанавливает, что наша галактика — одна из сотен миллиардов других галактик, и утверждает, что существует невидимая тёмная энергия, пронизывающая каждый уголок этого огромного пространства. Оглядываясь всего лишь на сто лет назад, во время, когда считалось, что Вселенная статична, и в ней есть только галактика Млечный Путь, мы можем с удовлетворением окинуть взором величественную картину, которую наука нарисовала за это время.
Иногда наука делает ещё кое-что. Иногда она заставляет нас пересмотреть наши взгляды на саму науку. Устоявшаяся многовековая научная традиция говорит, что при описании
Когда речь заходит о предсказании того, где упадёт бейсбольный мяч или как электрон пройдёт сквозь компьютерный чип (или модель Манхэттена), эта трёхшаговая процедура демонстрирует очевидную силу. Однако при описании реальности в целом, эти три шага наталкивают нас на более глубокие вопросы: можем ли мы объяснить начальные данные — то, как вещи устроены в самый начальный момент? Можем ли мы объяснить значения констант — массы частиц, силу взаимодействий и так далее, — от которых эти законы зависят? Можем ли мы объяснить, почему определённый набор математических уравнений описывает ту или иную грань физической вселенной?
Те модели мультивселенной, которые мы обсуждали, могут значительно повлиять на наше осмысление этих вопросов. В лоскутной мультивселенной мы имеем одинаковые физические законы внутри разных вселенных, но разные конфигурации частиц. Разные конфигурации частиц в настоящем отражают разные начальные условия в прошлом. Поэтому в рамках этой модели мультивселенной наш подход к вопросу, почему начальные условия в нашей Вселенной были такими или другими, меняется. Начальные условия могут и, как правило, действительно варьируются от вселенной к вселенной, поэтому нет какого-либо фундаментального объяснения того, что наблюдается та или иная конфигурация частиц. Требовать объяснения этому — это неправильно ставить вопрос; это привлекать логику одной единственной вселенной в контексте мультивселенной. Вопрос следует ставить так: есть ли где-нибудь на просторах мультивселенной вселенная, конфигурации частиц внутри которой и, следовательно, начальные условия, согласуются с теми, что мы здесь видим. А лучше всего спросить, можем ли мы показать, что таких вселенных много? Если да, то на глубокий вопрос о начальных условиях можно будет просто пожать плечами — в такой мультивселенной требовать объяснения начальных условий в нашей Вселенной — это всё равно что требовать объяснить то, что где-то в Нью-Йорке есть обувной магазин, в котором продаётся обувь вашего размера.
В инфляционной мультивселенной фундаментальные «константы» природы могут и, как правило, варьируются от одной дочерней вселенной, возникающей из пузырька, к другой. Вспомним из главы 3, что различие в условиях — разные значения поля Хиггса, пронизывающего каждый пузырёк, — приводят к различным массам частиц и свойствам взаимодействий. То же самое справедливо для бранной мультивселенной, циклической мультивселенной и ландшафтной мультивселенной, где разная форма дополнительных измерений в теории струн вместе с различиями в полях и потоках приводят ко вселенным с разными свойствами, такими как масса электрона, если он вообще существует, величина электромагнитного взаимодействия, если оно есть, значение космологической постоянной и так далее. В контексте этих мультивселенных вопрос об объяснении измеряемых свойств частиц и взаимодействий опять же является неправильным вопросом; это вопрос, порождённый логикой одной единственной Вселенной. Наоборот, следует задаться вопросом о том, есть ли в одной из этих мультивселенных такая вселенная, физические свойства которой совпадают с измеряемыми нами на опыте. А лучше было бы показать, что вселенных с нашими физическими свойствами много, или, по крайней мере, их много среди тех вселенных, которые поддерживают жизнь в известном нам виде. Но подобно тому, как бессмысленно спрашивать о том, каким единственным словом написана «Леди Макбет» Шекспира, также бессмысленно требовать от уравнений выделить те значения физических свойств, которые мы наблюдаем в нашей Вселенной.
Смоделированная и окончательная мультивселенные — это лошадки другой масти; эти мультивселенные не возникают из каких-либо определённых физических теорий. Однако у них тоже есть потенциал для изменения характера наших вопросов. Математические законы, управляющие отдельными вселенными в этих мультивселенных, варьируются. Таким образом, подобно варьированию начальных условий и фундаментальных констант, варьирование законов лишает смысла вопрос о том, почему здесь действует тот или иной закон. Разные вселенные имеют разные законы; у нас действуют те законы, которые действуют, потому что они среди тех, которые не противоречат нашему существованию.
В общем и целом мы видим, что модели мультивселенных, собранные в табл. 11.1, сводят к прозе три первостепенных вопроса стандартного научного подхода, которые кажутся глубоко мистическими в одновселенном подходе. Начальные условия, фундаментальные константы и даже математические законы в разных мультивселенных больше не нуждаются в объяснении.
Следует ли доверять математике?
Нобелевский лауреат Стивен Вайнберг однажды написал: «Наша ошибка не в том, что мы слишком серьёзно воспринимаем наши теории, а в том, что мы недостаточно серьёзно к ним относимся. Всегда тяжело осознавать, что числа и уравнения, с которыми мы играемся на письменном столе, имеют какое-то отношение к реальному миру».{102} Вайнберг имел в виду пионерские результаты Ральфа Альфера, Роберта Германа и Георгия Гамова по реликтовому излучению, описанные в главе 3. Хотя предсказанное излучение является прямым следствием общей теории относительности и принятой космологической физики, о нём стали говорить только после повторного теоретического открытия, через дюжину лет, и после его счастливого экспериментального наблюдения.
Разумеется, слова Вайнберга не следует воспринимать буквально. Хотя на его письменном столе лежат неординарные уравнения той математики, которая оказалась существенной для описания реального мира, но далеко не каждое уравнение, с которым мы, теоретики, возимся, поднимается до этого уровня. Определить, какая математика важна в отсутствие убедительных экспериментальных и наблюдательных результатов, — это столь же искусство, сколь и наука.
Действительно, этот вопрос является главным во всём, что мы обсуждали в этой книге; он также повлиял на выбор её названия. Широта выбора различных гипотез мультивселенных (табл. 11.1) может свидетельствовать о целой панораме скрытых реальностей. Однако в названии этой книги фигурирует реальность в единственном числе, что отражает уникальность исключительно глубокого смысла, стоящего за всеми ними: способность математики выявлять скрытые истины об устройстве мира. Научные открытия на протяжении нескольких столетий выявили это со всей очевидностью. Монументальные перевороты идей в физике неоднократно возникали только благодаря математике. То, как обхаживал математику сам Эйнштейн, как раз является показательным примером.
Когда в конце 1800-х годов Джеймс Клерк Максвелл осознал, что свет — это электромагнитная волна, его уравнения показали, что скорость света должна быть равной примерно 300 000 километров в секунду — очень близко к измеренному в экспериментах значению. Однако уравнения оставили без ответа следующий вопрос: 300 000 километров в секунду по отношению к чему? В качестве паллиативного решения было предложено, что существует невидимая субстанция — «эфир», — пронизывающая всё пространство, которая задаёт незримую систему координат. Но в самом начале двадцатого столетия Эйнштейн доказал, что учёным следует воспринимать уравнения Максвелла более серьёзно. Если уравнения Максвелла не используют систему координат, то в ней вообще нет никакой необходимости; скорость света, настойчиво утверждал Эйнштейн, составляет 300 000 километров в секунду по отношению к чему угодно. Хотя подробности этого уже имеют лишь исторический интерес, я привожу данный эпизод с важной целью: любому было доступно изучить уравнения Максвелла, но лишь гений Эйнштейна смог охватить их целиком. Осознав это свойство уравнений Максвелла, Эйнштейн сформулировал специальную теорию относительности, ниспровергнув многовековые размышления о пространстве, времени, материи и энергии.
В течение последующего десятилетия, развивая общую теорию относительности, Эйнштейн близко познакомился с многочисленными разделами математики, которые большинство физиков того времени знало плохо или не знало вообще. Нащупывая путь к окончательным уравнениям общей теории относительности, Эйнштейн проявил огромное мастерство в объединении разных математических конструкций твёрдой рукой физической интуиции. Спустя несколько лет, узнав хорошие новости о том, что наблюдения солнечного затмения 1919 года подтверждают предсказания общей теории относительности об искривлении траектории света от звёзд, Эйнштейн самоуверенно заявил, что если бы результаты наблюдений оказались другими, то ему «было бы очень жаль дорогого Господа, так как теория верна». Я уверен, что убедительные данные, противоречащие общей теории относительности, изменили бы настрой Эйнштейна, но это замечание хорошо отражает то, как набор математических уравнений, с их последовательной внутренней логикой, присущей им красотой и возможностью обширного применения, может излучать реальность.