Майкл Брукс - Тринадцать вещей, в которых нет ни малейшего смысла

Все эти взаимные претензии, образно говоря, — много шума из ничего. Под «ничего» в данном случае подразумевается «пустующее» пространство Вселенной, которое на самом деле вовсе не пусто.

Космос, невзирая на то, есть ли в нем вообще какая-либо масса или нет, бурлит энергией. В 1920-е годы, вскоре после рождения квантовой теории, описавшей поведение природы на уровне атомов и субатомных частиц, британский физик Пол Адриен Морис Дирак воспользовался этим, чтобы построить свою квантовую механику на основе свойств электрических и магнитных полей. Квантовая теория поля в итоге привела Дирака к заключению, что пустота обладает энергией. А поскольку в лексиконе физики пустое пространство принято называть вакуумом, энергия Дирака получила известность как вакуумная.

Самое разумное, что можно предположить, — как раз эта энергия и ускоряет «антигравитацию», убедительно продемонстрированную сверхновыми; это она и есть космологическая константа. Вся проблема в том, что параметры сверхновых показывают ничтожно малую величину вакуумной энергии. Измеряется она обычно в граммах (как мы помним, в знаменитом уравнении Эйнштейна Е = mc2 масса и энергия взаимно обратимы). Так вот, количество энергии в вакууме, равном по объему земному шару, — около сотой доли грамма. Смотреть не на что.

Зато когда величину вакуумной энергии вычисляют физики-теоретики согласно квантовой теории поля, у них, наоборот, получается излишек. Фантастически огромный. Если верить их расчетам, вакуумная энергия до того велика, что Вселенная уже давно должна была разлететься на субатомные частицы в порыве сверхмощного ускорения. Эту широко известную проблему даже сторонники космологической константы признают самым вопиющим из когда-либо отмеченных расхождений между постулатами теории и экспериментальными данными. Миллион — большое число: единица с шестью нолями. У триллиона двенадцать нолей. А «ножницы» между постулируемой и эмпирически полученной величинами космологической константы выражаются числом со 120 (ста двадцатью!) нолями.

Столкнувшись с этим несоответствием, многие физики приняли концепцию, впервые предложенную нобелевским лауреатом Стивеном Вайнбергом в 1987 году. В книге «Мечты об окончательной теории» Вайнберг предположил, что космологическая константа существует в нашей Вселенной совершенно независимо от человеческой способности когда-либо определить ее величину. Если наша Вселенная одна из многих, то каждая может иметь свои собственные мировые константы, иные, чем у «соседки». Некоторые вселенные, несомненно, остаются бесплодными, другие порождают жизнь; среди последних, вероятно, найдется по меньшей мере одна, где может развиться и разум, подобный человеческому. Таков антропный принцип в объяснении мира («антропос» по-гречески — человек). В сухом остатке он постулирует, что наша Вселенная такая, какая есть, ибо в противном случае не существовало бы нас, чтобы ее описать. Иначе говоря, человек — необходимый элемент Вселенной, без которого она не могла бы существовать, во всяком случае, в присущем ей виде. Это вовсе не обязательно подразумевает конструкторский план или вообще какой-либо «промысел»: просто, будь условия иными, осознать их и зафиксировать было бы некому. К тому же, по сути, подводят и наши наблюдения, указывающие, что формы, в которых может развиваться Вселенная, имеют ограниченный диапазон. Антропный взгляд подкреплен утверждением физиков, что наша Вселенная отличается чрезвычайным разнообразием «ландшафта»; она подобна лоскутному одеялу, скроенному из множества субвселенных, и у каждой — собственные неповторимые свойства, установившиеся путем случайного подбора. Так что нет необходимости определять значения постоянных для каждой из них.

Такое толкование космологической константы раздражает многих физиков. Например, Леонард Сасскинд из Стэнфордского университета счел предположение Вайнберга «немыслимым, вероятно, самым шокирующим признанием, какое только может в наши дни сделать ученый».

Идея потому встречает столь сильное сопротивление, что ставит вверх дном всю науку. Философ Карл Поппер создал целую доктрину о том, что науку движут вперед исключительно фальсификации и опровержения: некто подбрасывает гипотезу, а затем каждому вольно попытаться «сбить» ее зарядом эмпирических данных. Если эксперименты опровергли данную гипотезу, теоретики переходят к следующей. И лишь тогда, когда гипотеза выдержит много «попаданий» подряд, появляются основания говорить о ее научной достоверности.

В случае с антропной Вселенной такой подход бесполезен, потому что другие вселенные для нас недосягаемы. Концепцию, которая не проверяется экспериментально, нельзя опровергнуть. Значит, не стоит и пытаться объяснить, отчего у Вселенной такие свойства: они именно потому таковы, что делают ее пригодной для нашего обитания. И вот это называется наукой? Наверное, и это тоже, говорит Сасскинд; он не исключает возможной правоты Вайнберга. Если нам суждено постигать Вселенную, то теперь, видимо, придется отвергнуть Карла Поппера со всеми его последователями (которых Сасскинд иронически окрестил «попперацци») как высокую инстанцию в вопросе о том, что является наукой и что ею не является. И признать, сколь бы ни возмущались «попперацци», что физические законы Вселенной действуют благодаря нашему бытию в ней.

Как ни трудно переваривать подобные идеи, есть причины отнестись к ним всерьез. Квантовая теория поля предполагает, что если для завершения описания Вселенной требуется точное значение космологической константы, значит, наше мироздание действительно должно быть одним из великого множества. Может статься, как писал поэт Эдвард Эстлин Каммингс, «за углом чертовски славный мир»[6].

В основе этой аргументации — принцип неопределенности квантовой механики, который гласит, что фундаментальные свойства любой системы никогда не могут быть определены в точности, но имеют присущие им допуски. Применительно к квантовой теории поля этот принцип вызывает естественные колебания характеристик в тех или иных областях Вселенной. Здесь опять-таки можно привести сравнение с надувным мячом, имеющим множество «слабых точек» на оболочке; по мере «раздувания» Вселенной флуктуации могут нарастать, порождая новые пространственно-временные континуумы. Иными словами, Вселенная, которая обладает космологической константой, выводимой из вакуумной энергии, непрерывно создает новые «пузырьковые» подобия. Те, в свою очередь, рождают собственные дочерние вселенные, и так до бесконечности. То, что нам угодно считать Вселенной, — лишь один из островков пространства — времени в океане квантовой пены мини-миров.

У антропного принципа сейчас много сторонников, особенно в теоретической физике; именно поэтому упомянутый Пол Стейнхардт относит себя к меньшинству. Но если нет возможности изучить «пузырьковые вселенные» и определить, разнятся ли их законы, не означает ли это, что физика окончательно сдалась на милость неведомых сил?

Этот вопрос стал главным на конгрессе в Брюсселе, где призрак Альберта Эйнштейна витал повсюду, заглядывая каждому через плечо. Что дальше: сложить руки и ограничить действие космологической константы рамками той конкретной Вселенной, где мы живем? Следует ли отсюда, что мы так никогда и не узнаем, из чего состоит большая часть мироздания, не разгадаем природу темной энергии?

Ответ был — и да, и нет: да, это возможность, с которой надо считаться; нет, надежду терять нельзя. Дэвид Гросс, председательствовавший в собрании, не преминул напомнить, что на первом Сольвеевском конгрессе в 1911 году физики были точно так же растерянны. У отдельных веществ обнаружилась способность испускать элементарные частицы особым манером — казалось, при этом нарушались законы сохранения массы и энергии. Объяснение феномена нашлось через несколько лет, с появлением квантовой теории. «Они упустили из виду нечто совершенно фундаментальное, — сказал Гросс Сольвеевскому конгрессу — 2005. — Возможно, и мы не замечаем чего-то столь же важного, как наши предшественники в свое время».

Так что же это за фундаментальное нечто? Существуют ли какие-то подсказки? Смотря кого спрашивать. Адам Рисс, чьи радикальные речи в шекспировском духе открыли для нас эпоху темной энергии, выдвинул провокационную идею. Вдруг в наших знаниях о гравитации недостает какой-то малости? Возможно, никакой темной материи и темной энергии вообще нет в природе — просто за четыреста лет никто не углядел крошечную погрешность в ньютоновском законе тяготения, а именно в ней таится ключик, который откроет замок и явит нашим глазам «пропавшую» часть Вселенной.

Рисс не первый задался этим вопросом и не настаивает на его исключительной важности. Но считает такое вполне вероятным и ничего не исключает априори. То же самое ощущает Вера Рубин. Она думает, что девяносто девять физиков из сотни лишь по инерции цепляются за веру в некое темное вещество, которое заполняет Вселенную, скрепляя галактики своим тяготением. Но ей уже начинает казаться более продуктивным решением модификация основных физических законов.