Марио Ливио - От Дарвина до Эйнштейна. Величайшие ошибки гениальных ученых, которые изменили наше понимание жизни и вселенной
Это подводит нас к последнему необходимому ингредиенту антропной аргументации: если мы хотим объяснить значение космологической постоянной в терминах случайной величины во множественной Вселенной, которая обеспечивает в нашей Вселенной возможность появления и сохранения воды в жидком виде, должна существовать множественная Вселенная. А есть ли она? Этого мы не знаем, однако хитроумным физикам это никогда не мешало делать умозаключения. Зато мы знаем, что по одному теоретическому сценарию, получившему название вечной инфляции, мощное растяжение пространство-времени может привести к возникновению бесконечной и вечной множественной Вселенной. Предполагается, что такая Вселенная будет постоянно генерировать области, подвергающиеся инфляции, а из них получатся отдельные «карманные Вселенные»[450]. Большой взрыв, в результате которого возникла наша «карманная Вселенная», – это всего лишь рядовое событие в гораздо более масштабной структуре экспоненциально расширяющегося субстрата. Некоторые версии теории струн (теперь ее иногда называют М-теорией) также допускают огромное разнообразие Вселенных (более 10500!), и в каждой, возможно, физические постоянные обладают своими значениями. Если этот умозрительный сценарий верен, значит, Вселенная в нашем традиционном понимании может оказаться всего лишь участком пространства-времени в обширном космическом ландшафте[451].
Но не надо обольщаться и считать, будто все физики (или даже большинство) убеждены, что ответ на загадку энергии пустого пространства нужно искать именно в антропной аргументации. У некоторых физиков при одном упоминании «множественной Вселенной» и «антропного принципа» подскакивает давление. Причин у подобной враждебности две. Во-первых, как уже упоминалось в главе 9, со времен основополагающей работы философа науки Карла Поппер, научная теория имеет право считаться таковой, только если она фальсифицируема по данным экспериментов или наблюдений. Это требование легло в основу «научного метода». Предположение, что существует целый ансамбль потенциально ненаблюдаемых Вселенных, по крайней мере на первый взгляд противоречит этому требованию, а поэтому относится к области метафизики, а не физики. Однако отметим, что граница между наблюдаемым и ненаблюдаемым, по нашему определению, несколько размыта. Рассмотрим, к примеру, космологический горизонт – окружающую нас поверхность, откуда до нас успевает дойти только излучение, которое родилось в момент Большого взрыва. Согласно модели Эйнштейна-де Ситтера (однородная, изотропная Вселенная с постоянной кривизной и без космологической постоянной) расширение Вселенной замедляется, и можно спокойно предположить, что все объекты, которые сейчас лежат за горизонтом, в отдаленном будущем можно будет наблюдать. Однако с 1998 года мы знаем, что живем не в космосе Эйнштейна-де Ситтера: наша Вселенная расширяется с ускорением. В такой Вселенной любой объект, который сейчас находится за горизонтом, останется за горизонтом навсегда. Более того, если ускоренное расширение будет продолжаться, как следует из космологической постоянной, то мы перестанем видеть даже те галактики, которые наблюдаем сейчас! Когда скорость удаления приблизится к скорости света, излучение удаленных объектов будет искажено (красным смещением) до такой степени, что его длина волны превзойдет размер Вселенной (пространство-время может растягиваться с любой скоростью, на нее нет ограничений, поскольку при этом не движется никакая масса). Так что даже наша собственная ускоряющаяся Вселенная содержит объекты, которые ни нам, ни астрономам будущего наблюдать не доведется. Но мы же не считаем, что они относятся к области метафизики! Как же нам убедиться в существовании потенциально ненаблюдаемых Вселенных? Ответ естественным образом проистекает из научного метода: мы поверим в их существование, если его предскажет теория, достоверность которой будет доказана другими способами. Мы уверены, что черные дыры обладают именно такими свойствами, поскольку это предсказывает общая теория относительности – теория, проверенная множеством экспериментов. Общее правило должно быть прямой экстраполяцией идей Поппера: если теория делает проверяемые и фальсифицируемые предсказания в наблюдаемых частях Вселенной, нам нужно быть готовыми принять ее предсказания и для тех частей Вселенной (или множественной Вселенной), которые недоступны для прямых наблюдений.
Вторая основная причина враждебного отношения к антропной аргументации заключается в том, что для некоторых ученых она знаменует «конец физики». Большинство ученых вслед за Декартом мечтают прежде всего о некоей уникально-самодостаточной математической теории, которая объяснит и определит и все микрофизические постоянные, и эволюцию всей Вселенной. Следовательно, они предпочитают, по словам космолога Эдварда Милна, следовать «единой тропой к пониманию Вселенной как уникальной сущности». Не приходится сомневаться, что об этом мечтал и Эйнштейн. В лекции, которую он прочитал в Оксфорде в 1933 году, он сказал: «Я убежден, что возможность открыть все понятия и законы, их связывающие, которые дадут нам ключ к пониманию феноменов Природы, обеспечит нам чисто математическая конструкция»[452]. Как известно, Эйнштейна смущала даже вероятностная природа квантовой механики, хотя он полностью признавал ее успехи. В письме Максу Борну, одному из отцов-основателей квантовой механики, от 4 декабря 1926 года Эйнштейн выразил свое мнение следующим образом:
«Квантовая механика, несомненно, производит сильное впечатление. Однако внутренний голос говорит мне, что это еще не то, настоящее (выделено мной. – М. Л.). Теория на многое претендует, однако едва ли подводит нас ближе к тайнам Извечного. Так или иначе, лично я убежден, что Бог не играет в кости».
Концепция случайных переменных в потенциально ненаблюдаемой множественной Вселенной огорчила бы Эйнштейна еще сильнее. Однако обратите внимание, что настороженное отношение к квантовой механике у Эйнштейна коренилось скорее не в области чистой физики, а в сфере психологии: он был убежден, что знает, в каком направлении нужно плыть к «земле обетованной». То же самое, вероятно, относится и к возражениям против антропной аргументации. Несмотря на опыт нескольких последних столетий, нет никаких доказательств, что физическая реальность и в самом деле подчиняется фундаментальным объяснениям и сводится к ним. Может статься, поиск подобных объяснений окажется столь же жалким и смехотворным, сколь и попытки Кеплера создать красивую геометрическую модель Солнечной системы. То, что мы по традиции называем фундаментальными постоянными, а может быть, даже законами природы, может статься, окажется просто случайными переменными и местными правилами нашей карманной Вселенной. Возможно, впоследствии антропный принцип будет играть роль, подобную той, которую философ Бертран Рассел приписывал философии: «Цель философии – начать с чего-то столь простого, что о нем, казалось бы, и упоминать не стоит, а закончить чем-то столь парадоксальным, что никто в это не поверит».
Антропное представление о природе космологической постоянной показывает, сколь мощное влияние оказала и продолжает оказывать невинная на первый взгляд концепция статической Вселенной Эйнштейна на самую передовую физику. Так как же мы назовем «величайший ляпсус» Эйнштейна в наши дни?
Второй annus mirabilis
«Annus mirabilis» – «чудесным годом» – в жизни Эйнштейна часто называют 1905 год, поскольку именно тогда он опубликовал свои новаторские статьи о том, как свет выбивает электроны из металлов (так называемый фотоэффект, который породил квантовую механику и был удостоен Нобелевской премии), о случайном движении частиц в жидкости (Броуновское движение) и о специальной теории относительности. Да, 1905 год и в самом деле был для Эйнштейна годом чудес, однако у него выдался и второй annus mirabilis – точнее, год и три месяца, с ноября 1915 года по февраль 1917. За этот период он опубликовал ни много ни мало 15 трактатов, в том числе блистательную вершину своих трудов – статью об общей теории относительности – и сделал два важных открытия в области квантовой механики. Во время этого второго annus mirabilis на свет появилась современная космология, а с ней и космологическая постоянная.
Надеюсь, что сведения, приведенные в главе 10, убедили читателя, что Эйнштейн, скорее всего, никогда не употреблял выражения «величайший ляпсус». Более того, введение космологической постоянной вообще не было ляпсусом, поскольку принципы общей теории относительности давали подобному члену зеленый свет. Считать, будто это постоянная обеспечивает возможность существования статической Вселенной, и вправду была ошибка, достойная сожаления, но разве можно назвать ее «ляпсусом» масштаба, соответствующего этой книге? Был ли это вообще ляпсус Эйнштейна? Наоборот – Эйнштейн совершил ляпсус, когда изъял космологическую постоянную из уравнений! Вспомним, что убрать этот член из уравнений – в сущности, то же самое, что произвольно приписать лямбде значение «нуль». Сделав это, Эйнштейн ограничил всеобщность теории относительности – а это дорогая цена за лаконичность уравнений, даже задолго до недавнего открытия ускорения Вселенной.
