Но помимо этого, возможность существования этих дополнительных измерений серьезно подрывает надежду, что наша Вселенная уникальна. Даже если исходить из уникальной теории с десятью измерениями (о существовании которых, повторяю, мы пока не знаем), то каждый другой способ компактификации невидимых шести измерений может привести к различным типам четырехмерной Вселенной, с различными законами физики, разными силами, разными частицами, и управляемыми разными симметриями. Некоторые теоретики прикинули, что, может быть 10500 различных возможных непротиворечивых четырехмерных вселенных, которые могут быть результатом одной десятимерной теории струн. «Теория всего» вдруг стала «теорией чего угодно»!
Эта ситуация была саркастически воспроизведена в карикатуре от одного из моих любимых научных комиксов под названием xkcd. В этом комиксе один человек говорит другому: «Мне только что в голову пришла потрясающая идея. Что, если вся материя и энергия состоит из крошечных вибрирующих струн». Тогда другой человек говорит: «Хорошо. И что это означает?» На что первый человек отвечает: «Я не знаю».
На чуть менее шутливой ноте, лауреат Нобелевской премии физик Франк Вильчек предположил, что струнные теоретики изобрели новый способ заниматься физикой, напоминающий новый способ играть в дартс. Сначала кто-то бросает дротик в глухую стену, а затем кто-то идет к стене и рисует мишень вокруг того места, куда попал дротик.
Хотя замечание Франка точно отражает те трюки, которые там применяются, следует подчеркнуть, что в то же время те, кто работают над этой теорией, честно пытаются раскрыть принципы, которые могли бы управлять миром, где мы живем. Тем не менее, множество возможных четырехмерных вселенных, которые раньше были таким позором для струнных теоретиков, теперь стали доблестью этой теории. Можно себе представить, что в десятимерную «мультивселенную» может быть встроено множество различных четырехмерных вселенных (или пятимерных, шестимерных, и так далее…), и в каждой из них могут быть различные законы физики, и, кроме того, в каждой из них энергия пустого пространства может быть разной.
Хотя это звучит как подтасованное измышление, это, похоже, является автоматическим следствием теории, и это создает настоящий «ландшафт» мультивселенной, который мог бы обеспечить естественную основу для разработки антропного понимания энергии пустого пространства. В этом случае нам не нужно бесконечное число возможных вселенных, разделенных в трехмерном пространстве. Скорее, мы можем представить себе бесконечное число вселенных, сложенных в стопку над одной точкой в нашем пространстве, невидимых для нас, но каждая из которых могла бы проявлять удивительно разные свойства.
Я хочу подчеркнуть, что эта теория не так тривиальна, как богословские размышления святого Фомы Аквинского о том, может ли несколько ангелов занимать одно и то же место, идея, которая была высмеяна более поздними теологами как бесплодные спекуляции о том, сколько ангелов может поместиться на острие иглы — или наиболее популярно, на булавочной головке. Аквинский фактически ответил на этот вопрос сам, сказав, что несколько ангелов не могут занимать одно и то же пространство — конечно, без какого-либо теоретического или экспериментального обоснования! (И если бы они были бозонными квантовыми ангелами, он был бы все равно не прав.)
Представив такую картину, и соответствующую математику, можно было бы надеяться, в принципе, действительно сделать физические предсказания. Например, можно было бы получить вероятностное распределение, описывающее вероятность обнаружить различные типы четырехмерных вселенных, встроенных в мультивселенную большей размерности. Можно было бы, например, обнаружить, что в большей части таких вселенных, которые имеют небольшую энергию вакуума, также есть три семейства элементарных частиц и четыре различных силы. Или можно было бы определить, что только во вселенных с небольшой энергией вакуума может существовать сила электромагнетизма большой дальности. Любой такой результат может обеспечить достаточно убедительные доказательства того, что вероятностное антропное объяснение энергии пустого пространства — другими словами, обнаружение, что Вселенная, которая выглядит, как наша, с небольшой энергией вакуума, не маловероятна — имеет глубокий физический смысл.
Но математика еще не продвинула нас так далеко, и она может никогда этого не сделать. Однако, несмотря на нашу нынешнюю теоретическую импотенцию, это не означает, что такая возможность на самом деле не реализуется природой.
Тем не менее, физика элементарных частиц тем временем пошла дальше в антропных рассуждениях.
Физики-ядерщики далеко впереди космологов. Космология выдала один совершенно таинственный параметр: энергию пустого пространства, о котором мы не знаем практически ничего. Тем не менее, физика элементарных частиц не понимала гораздо больше вещей намного дольше!
Например, почему существует три поколения элементарных частиц — электроны и их более тяжелые собратья, мюоны и тауоны, или три различных набора кварков, из которых самые низкоэнергетические составляют большую часть материи, которую мы видим на Земле? Почему гравитация настолько слабее других сил в природе, например, электромагнетизма? Почему протон в 2000 раз тяжелее электрона?
Некоторые физики-ядерщики уже до крайности примкнули к антропной идее, возможно потому, что их усилия объяснить эти тайны, исходя из физических причин, до сих пор еще не увенчались успехом. В конце концов, если одна из фундаментальных величин в природе на самом деле является случайностью, обусловленной внешними причинами, то почему не все или почти все другие фундаментальные параметры? Может быть, все загадки физики элементарных частиц можно решить, повторяя одну и ту же мантру: если бы Вселенная была другой, мы бы в ней не могли жить.
Можно задаться вопросом, является ли такое решение тайн природы решением вообще, и что более важно, описывает ли оно науку, как мы ее понимаем. В конце концов, целью науки, и в частности физики, за последние 450 лет было объяснить, почему Вселенная должна быть такой, какой мы ее изучаем, а не почему вообще законы природы могут создавать весьма разные вселенные.
Я попытался объяснить, почему это не совсем так, а именно, почему многие уважаемые ученые обратились к антропному принципу, и почему многие довольно упорно работали, чтобы понять, можем ли мы, основываясь на нем, узнать что-то новое о нашей Вселенной.
Позвольте мне теперь пойти дальше и попытаться объяснить, как существование вечно необнаружимых вселенных — либо удаленных от нас на практически бесконечные расстояния в пространстве, либо прямо у нас под носом, удаленных от нас на микроскопические расстояния в возможных дополнительных измерениях — все же может быть подвергнуто определенного рода эмпирической проверке.
Представьте себе, например, что мы разработали теорию, основанную на объединении, по крайней мере, трех из четырех сил природы в какую-нибудь «теорию великого объединения», объект непрерывного и глубокого интереса к физике элементарных частиц (среди тех, кто не отказался искать фундаментальные теории в четырех измерениях). Такая теория будет делать прогнозы о силах природы, которые мы изучаем, и о многообразии элементарных частиц, которые мы исследуем на наших ускорителях. Если бы такая теория сделала множество предсказаний, которые были бы впоследствии проверены в наших экспериментах, мы бы имели очень серьезное основание подозревать, что в ней есть зерно истины.
Теперь предположим, что эта теория также предсказывает время инфляции в ранней Вселенной и фактически предсказывает, что наша эпоха инфляции является лишь одним из множества таких эпизодов в вечно расширяющейся мультивселенной. Даже если бы мы не могли исследовать существование таких областей вне нашего горизонта непосредственно, то, как я уже говорил ранее, если что-то ходит как утка и крякает как утка… Ну, вы знаете.
Поиск возможного эмпирического обоснования идей, охватывающих дополнительные измерения, более притянут за уши, но не невозможен. Многие яркие молодые теоретики посвящают свою профессиональную карьеру в надежде разработать эту теорию до стадии, где могут появиться некоторые доказательства, даже косвенные, что она верна. Их надежды могут быть несбыточными, но они проголосовали ногами. Возможно, некоторые данные с нового Большого адронного коллайдера под Женевой откроют некоторые тайные окна в эту новую физику.
Так, после столетия замечательного, действительно беспрецедентного прогресса в понимании природы, мы оказались способны исследовать вселенную на масштабах, которые ранее были невообразимы. Мы поняли природу расширения Большого Взрыва с его самых первых микросекунд и обнаружили существование сотен миллиардов новых галактик с сотнями миллиардов новых звезд. Мы обнаружили, что 99 процентов Вселенной на самом деле невидимы для нас, включая темную материю, которая, скорее всего, является какой-то новой формой элементарных частиц, и более того, темную энергию, происхождение которой остается в настоящее время полной загадкой.
Так, после столетия замечательного, действительно беспрецедентного прогресса в понимании природы, мы оказались способны исследовать вселенную на масштабах, которые ранее были невообразимы. Мы поняли природу расширения Большого Взрыва с его самых первых микросекунд и обнаружили существование сотен миллиардов новых галактик с сотнями миллиардов новых звезд. Мы обнаружили, что 99 процентов Вселенной на самом деле невидимы для нас, включая темную материю, которая, скорее всего, является какой-то новой формой элементарных частиц, и более того, темную энергию, происхождение которой остается в настоящее время полной загадкой.
И после всего этого, возможно, физика станет «наукой о внешней среде». Фундаментальные константы природы, до сих пор наделяемые особой ролью, могут оказаться просто случайностями окружающих условий. Если мы, ученые, как правило, воспринимаем себя и нашу науку слишком серьезно, может быть, мы также восприняли слишком серьезно нашу Вселенную. Может быть, буквально и метафорически, мы делаем много шума из ничего. По крайней мере, мы можем слишком сильно зависеть от ничего, доминирующего в нашей Вселенной! Может быть, наша Вселенная очень похожа на слезу, затерянную в огромном мультивселенском океане возможностей. Может быть, мы никогда не найдем теорию, которая описывает, почему Вселенная должна быть такой, какая она есть.
А может быть, найдем.
Это, в конце концов, наиболее точная картина, которую я могу нарисовать, реальности как мы ее теперь понимаем. Она основана на работах десятков тысяч упорных мыслителей в течение прошлого века, строительстве машин, одних из самых сложных из когда-либо созданных, и разработке одних из самых красивых, а также самых сложных идей, с которыми человечеству когда-либо приходилось сталкиваться. Это картина, создание которой наилучшим образом подчеркивает лучшее, что может быть в человеке — нашу способность представить себе множество вероятных сценариев существования и смелость их отважно исследовать — не перекладывая ответственность на неясную силу творения или на творца, который, по определению, всегда непостижим. Мы обязаны сделать это ради себя, чтобы извлечь мудрость из этого опыта. В противном случае мы окажем медвежью услугу всем ярким и смелым людям, которые помогли нам достичь нашего современного уровня знаний.
Если мы хотим извлечь философские выводы о нашей собственной жизни, нашей значимости и значимости самой Вселенной, наши выводы должны основываться на эмпирических знаниях. По-настоящему раскрыть наш разум означает заставить наше воображение соответствовать реальным доказательствам, а не наоборот, независимо от того, нравятся ли нам последствия.
Глава 9: Ничто — это нечто
Исаак Ньютон, возможно, величайший физик всех времен, глубоко изменил наше представление о Вселенной во многих отношениях. Но, пожалуй, самым важным вкладом, который он внес, была демонстрация возможности того, что вся Вселенная объяснима. Своим универсальным законом всемирного тяготения он впервые продемонстрировал, что даже небеса могут подчиняться власти законов природы. Странная, враждебная, угрожающая и, казалось бы, непредсказуемая Вселенная, возможно — совсем другое дело.
Если Вселенной управляют незыблемые законы, мифические боги Древней Греции и Рима были бы бессильны. Не было бы никакой возможности произвольно изменять мир, создавая острые проблемы для человечества. Что применимо к Зевсу, будет также применимо к Богу Израиля. Как могло Солнце стоять на месте в полдень, если Солнце не вращается вокруг Земли, а его движение в небе на самом деле вызвано вращением Земли, которая, если бы вдруг остановилась, вызвала бы на своей поверхности силы, которые уничтожили бы все человеческие постройки вместе с самими людьми?
Конечно, сверхъестественные деяния являются сутью чудес. Они, в конце концов, именно те вещи, которые обходят законы природы. Бог, который может создать законы природы, вероятно, может также обойти их по своему желанию. Хотя, почему он так щедро обходил их тысячи лет назад, до изобретения современных коммуникационных инструментов, которые могли бы это зарегистрировать, а не сегодня — об этом все же стоит задуматься.
В любом случае, даже во Вселенной без каких-либо чудес, столкнувшись в корне простым основополагающим порядком, можно сделать два разных вывода. Один, сделанный самим Ньютоном, и ранее поддержанный Галилеем и многими другими учеными на протяжении многих лет, заключается в том, что такой порядок был создан божественным разумом, ответственным не только за Вселенную, но и за существование нас самих, и что мы, люди, были созданы по его образу (а другие сложные и красивые существа, по-видимому, нет!). Другой вывод заключается в том, что все, что существует — это сами законы. Эти законы сами по себе требуют, чтобы наша Вселенная возникла, развивалась и эволюционировала, а мы — неизбежный побочный продукт этих законов. Законы могут быть вечными, или они также могли возникнуть, опять же, благодаря каким-то еще неизвестным, но, возможно, чисто физическим процессам.
Философы, теологи, а иногда и ученые продолжают спорить об этих возможностях. Мы не знаем наверняка, какие из них действительно описывают нашу Вселенную, и, возможно, никогда не узнаем. Но дело в том, что, как я уже подчеркивал в самом начале этой книги, окончательным арбитром в этом вопросе будет выступать не надежда, желание, откровение или чистое размышление. Это будет, если когда-нибудь будет, исследование природы. Мечта или кошмар, — как сказал Джейкоб Броновский во вступительной цитате в этой книге (и мечты одного человека в этом случае запросто могут быть кошмаром другого), — нужны нам, чтобы испытывать наши переживания, какие они есть, и с открытыми глазами. Вселенная такова, какова она есть, нравится нам это или нет.
И здесь, я думаю, чрезвычайно важно, что Вселенная из ничего — в смысле, который я постараюсь описать — возникшая естественно, и даже неизбежно, все больше и больше соответствует тому, что мы узнали о мире. Эти знания получены не из философских или богословских размышлений о морали или других спекуляций о мире, окружающем человека. Вместо этого они основываются на замечательных и интересных достижениях в эмпирической космологии и физике частиц, которые я описал.
Поэтому я хочу вернуться к вопросу, который изложил в начале этой книги: почему (why) существует нечто, а не ничто? Очевидно, мы сейчас в лучшем положении, чтобы это исправить, рассмотрев современную научную картину мира, ее историю и ее возможное будущее, а также оперативное описание того, из чего «ничто» может фактически состоять. Как я и упоминал в начале этой книги, этот вопрос тоже был объяснен наукой, как практически все подобные философские вопросы. Вовсе не будучи сформулированными так, чтобы навязать нам необходимость творца, сами значения упомянутых слов настолько изменились, что фраза во многом утратила свое первоначальное значение — обычная ситуация, когда эмпирическое знание проливает новый свет на темные уголки нашего воображения.
В то же время, в науке мы должны быть особенно осторожны с вопросом «why». Когда мы спрашиваем: «why?» мы обычно подразумеваем не «зачем?», а «почему?» или «как?» Если мы можем ответить на последний вопрос, этого, как правило, достаточно для наших целей. Например, мы могли бы спросить: «Зачем (why) Земля оказалась в 93 миллионах миль от Солнца?», — но, что мы на самом деле, вероятно, имеем в виду: «Почему (как получилось, что) Земля оказалась в 93 миллионах миль от Солнца?» То есть, нам интересно, какие физические процессы привели к тому, что Земля оказалась в ее нынешнем положении. «Why» неявно предполагает цель, а когда мы пытаемся понять солнечную систему с научной точки зрения, мы обычно не приписываем ей цель.
Так что я буду считать, что этот вопрос на самом деле означает: «Почему (как получилось, что) существует нечто, а не ничто?» Вопросы «почему?», «как получилось?» на самом деле единственные, на которые мы можем дать окончательные ответы, изучая природу, но поскольку эта фраза звучит довольно непривычно, я надеюсь, вы простите меня, если иногда будет казаться, что я использую более стандартную формулировку, когда на самом деле пытаюсь ответить на более конкретный вопрос «почему?»
Даже здесь, с точки зрения подлинного понимания, этот особый вопрос «почему?» был вытеснен массой более полезных в оперативном плане вопросов, таких как: «Что могло привести к свойствам Вселенной, которые наиболее ярко ее характеризуют в настоящее время?» или, возможно, более важный, «Как мы можем это узнать?».
Здесь я хочу еще раз, как может показаться, потратить время попусту. Вопросы, сформулированные таким образом, позволяют получать новые знания и понимание. Это то, что отличает их от чисто богословских вопросов, которые обычно предполагают заранее известные ответы. Действительно, некоторые богословы требовали, чтобы я представил доказательства, опровергающие предпосылку, что богословие не вносит свой вклад в знания, по крайней мере, в последние пятьсот лет, со времен зарождения науки. До сих пор никто не предоставил контрпримеров. Максимум, что меня когда-либо спрашивали в ответ, было: «Что вы имеете в виду под знаниями?» С гносеологической точки зрения это может быть сложный вопрос, но я утверждаю, что, если бы была лучшая альтернатива, кто-то ее представил бы. Если бы я представил ту же проблему биологам, или психологам, или историкам, или астрономам, никого из них это не привело бы в большое замешательство.