Стивен Хокинг - Краткие ответы на большие вопросы
Второе, что нам требуется, – энергия. Даже если вы никогда об этом не думали, вам известно, что такое энергия. Это то, с чем мы сталкиваемся ежедневно. Посмотрите на Солнце, и вы почувствуете на лице энергию, которую производит звезда, расположенная в 150 миллионах километров от нас. Энергия пронизывает Вселенную, приводя в действие процессы, которые поддерживают ее динамичное, бесконечно изменяющееся состояние.
Итак, у нас есть материя и энергия. Третий ингредиент, необходимый нам для создания Вселенной, – пространство. Много пространства. Можно называть Вселенную как угодно – грандиозной, прекрасной, страшной, но ее никак нельзя назвать тесной. Куда ни бросишь взгляд – увидишь пространство, пространство и еще больше пространства. Оно простирается во все стороны. Этого достаточно, чтобы голова закружилась. А откуда взялась вся эта материя, энергия и пространство? Мы не имели об этом никакого понятия до ХХ века.
Ответ пришел благодаря прозрению одного человека, возможно, самого выдающегося ученого всех времен. Его звали Альберт Эйнштейн. К сожалению, мне не удалось с ним встретиться, поскольку мне было всего тринадцать лет, когда он скончался. Эйнштейн понял нечто удивительное: два ингредиента, необходимые для создания Вселенной – масса и энергия, – по сути, одно и то же, две стороны одной монеты, если угодно. Его знаменитое уравнение E = mc2 попросту означает, что массу можно рассматривать как своего рода энергию и наоборот. Так что теперь можно сказать, что для создания Вселенной вместо трех ингредиентов достаточно двух – энергии и пространства. А откуда взялись энергия и пространство? Ответ был получен после нескольких лет напряженной работы ученых: пространство и энергия спонтанно возникли в момент, который сейчас называется Большим взрывом.
В момент Большого взрыва начала существовать вся Вселенная, а вместе с ней и пространство. Все расширялось, как надуваемый воздушный шарик. Но все-таки откуда взялись энергия и пространство? Каким образом все произошло? Неужели Вселенная, полная энергии, головокружительные пространства космоса и все, что в нем есть, просто возникли из ничего?
Некоторые считают, что в этот момент в игру вступает Бог. Что именно Бог создал энергию и пространство. Большой взрыв – это момент Творения. Но наука утверждает иное. Рискуя создать себе проблемы, смею утверждать, что мы сейчас гораздо лучше понимаем природные явления, которые пугали викингов. Мы даже можем пойти дальше прекрасной симметрии вещества и энергии, открытой Эйнштейном. Размышляя о зарождении Вселенной, мы можем использовать законы природы и выяснить, возможно ли объяснить этот феномен исключительно существованием Бога.
Я рос в Англии. Годы после Второй мировой войны были временем самоограничений. Нам говорили, что за все надо платить. Но спустя много лет научной деятельности я могу сказать, что на самом деле можно бесплатно получить целую Вселенную.
Главной тайной Большого взрыва остается вопрос: каким образом вся фантастически огромная Вселенная пространства и энергии могла материализоваться из ничего? Секрет кроется в одном очень странном космическом явлении. Законы физики требуют существования того, что называется «отрицательной энергией».
Чтобы помочь вам вникнуть в эту странную, но важную идею, позвольте провести простую аналогию. Представьте человека, который хочет сделать холм на ровном месте. Холм – это Вселенная. Для реализации своего замысла нашему человеку нужно выкопать яму в земле и использовать почву для насыпки холма. То есть он создает не только холм – он создает еще и яму, по сути – отрицательную версию холма. Вещество, которое было в яме, теперь находится в холме, так что все идеально уравновешено. Точно такой же принцип лежит в основе создания Вселенной.
Когда Большой взрыв произвел огромное количество положительной энергии, он одновременно произвел такое же количество отрицательной энергии. Таким образом, отрицательная и положительная энергия в сумме дают ноль – как обычно. Очередной закон природы.
А где сейчас вся эта отрицательная энергия? В третьем ингредиенте нашего космического кулинарного рецепта – в пространстве. Может показаться странным, но, согласно законам природы, имеющим отношение к гравитации и динамике – одним из древнейших научных законов, – пространство является огромным хранилищем отрицательной энергии. Достаточной, чтобы все уравновесить и свести к нулю.
Я понимаю, что, если вы не сильны в математике, в это трудно поверить, но это правда. Безграничная сеть миллиардов и миллиардов галактик, между которыми действуют силы взаимного тяготения, ведет себя как гигантский накопитель. Вселенная похожа на огромный аккумулятор, хранящий отрицательную энергию. Положительная сторона вещей – масса и энергия, которую мы знаем сегодня, – это холм. Соответствующая яма, или отрицательная сторона вещей, находится в пространстве.
Но что это значит для нашего стремления выяснить, есть ли Бог? Это значит, что если Вселенная сводится к нулю, то для ее создания Бог не нужен. Вселенная – идеальный бесплатный ланч.
Поскольку мы знаем, что сумма положительного и отрицательного дает ноль, остается лишь выяснить, что – или, осмелюсь сказать, кто – запустило весь этот процесс. Что могло стать причиной спонтанного возникновения Вселенной? Поначалу это кажется непостижимой загадкой – в конце концов, в повседневной жизни вещи не возникают сами по себе. Нельзя щелкнуть пальцами и получить чашечку кофе, когда вам этого хочется. Кофе надо приготовить из разных компонентов: из кофейных зерен, воды, – возможно, даже добавить молока и сахара. Но давайте отправимся в глубину этой кофейной чашки – сквозь частицы молока доберемся до атомов и попадем на субатомарный уровень. Мы окажемся в мире, где вполне реален этот фокус: здесь все может создаваться из ничего. По крайней мере, на некоторое время. Дело в том, что на этом уровне такие частицы, как протоны, ведут себя согласно законам природы, которые мы называем квантовой механикой. И они действительно могут возникать случайно, соединяться на время, а потом исчезать снова, чтобы появиться где-то в другом месте.
Поскольку мы знаем, что Вселенная изначально была очень мала – возможно, даже меньше протона, – это приводит нас к одному примечательному выводу. Вселенная при всей своей головокружительной величине и сложности могла просто внезапно начать существование, не нарушая при этом законов природы. И с этого момента в процессе выброса гигантского количества энергии пространство начало расширяться и становиться местом для хранения всей отрицательной энергии, необходимой для подведения сальдо. Конечно, тут опять возникает принципиальный вопрос: может быть, Бог создал законы квантовой физики, которые допустили Большой взрыв? Короче, нужен ли Бог для того, чтобы произошел Большой взрыв? Не имею ни малейшего желания оскорблять чувства верующих, но, на мой взгляд, у науки есть более убедительное объяснение, чем наличие божественного Творца.
Повседневный опыт подсказывает, что все происходящее возникает из-за того, что случилось раньше во времени, поэтому нам естественно думать, что нечто – возможно, Бог – должно было стать причиной начала существования Вселенной. Но если говорить о Вселенной в целом, это не обязательно. Представьте ручей, бегущий по горному склону. Что является причиной ручья? Ну, допустим, раньше в горах прошли дожди. А что стало причиной дождей? Хороший ответ – солнце светит над океаном, влага испаряется, и в небе образуются облака. Прекрасно, а что является причиной солнечного света? Если заглянуть внутрь Солнца, мы увидим процесс, который называется синтезом, во время которого атомы водорода соединяются, образуя гелий, и выделяется огромное количество энергии. Пока все хорошо. А откуда взялся водород? Ответ: от Большого взрыва. И вот тут принципиальный момент. Законы природы не только говорят, что Вселенная может внезапно возникнуть без посторонней помощи, как протон, но и не исключают того, что у Большого взрыва вообще не было причины. Никакой.
Это объяснение опирается на теории Эйнштейна и его идею о том, что пространство и время во Вселенной имеют фундаментальную взаимосвязь. В момент Большого взрыва произошло нечто очень интересное. Началось само Время.
Чтобы понять эту ошеломительную идею, представьте себе черную дыру, плывущую в пространстве. Типичная черная дыра – это звезда, масса которой столь велика, что она обрушивается внутрь себя. Она настолько массивна, что даже свет не может преодолеть силу ее гравитации, вот почему она почти идеально черная. Гравитационное притяжение настолько сильное, что оно искривляет и искажает не только свет, но и время. Чтобы это понять, представьте часы, которые затягивает в эту дыру. По мере того как часы приближаются к черной дыре, они начинают идти все медленнее и медленнее.
