Помоги проекту - поделись книгой:
Лоуренс Краусс
Вселенная из ничего: почему не нужен Бог, чтобы из пустоты создать Вселенную
Томасу, Пэтти, Нэнси и Робину – за то, что вдохновили меня на создание чего-то из ничего…
Lawrence M. Krauss
A Universe from Nothing:
Why There Is Something Rather than Nothing
Права на перевод получены соглашением с Simon& Schuster Inc. при содействии литературного агентства Andrew Nurnberg.
© Lawrence M. Krauss, 2012
Не исключено, что по своему влиянию на доктрину о высшем разуме это самая значительная научная книга после «Происхождения видов» Дарвина.
Краусс – прекрасный лоцман, который проведет вас по бурным интеллектуальным водам и познакомит с самыми современными представлениями о природе нашего космоса и нашем месте в нем. Увлекательное чтение.
Ничто – это не ничто. Ничто – это что-то. Именно поэтому космос возник из пустоты. Эта глубокая идея – основная тема «Вселенной из ничего», книги, которая кого-то, может быть, отпугнет, зато перед большинством читателей раскроет новые горизонты. А для физика Лоуренса Краусса это просто трудовые будни.
Нашему поколению довелось застать революцию в космологии, сопоставимую с переворотом Коперника. А эта книга – блестящий, увлекательный, всеобъемлющий путеводитель по ней.
В книге «Вселенная из ничего» Лоуренс Краусс предлагает увлекательный научно-популярный обзор нынешнего положения дел в космологии – отрасли науки, которая рассказывает нам о далеком прошлом и еще более далеком будущем мироздания. Оказывается, все очень сильно связано с «ничем», а «ничто» – с Богом. Это блестящая книга, от которой невозможно оторваться.
Все твердят, что из ничего ничего и не получишь. К счастью, Лоуренс Краусс их не слушал. И в самом деле – во время чтения этой книги о вселенском «ничего» с читателем происходит что-то значительное, и не успеваешь опомниться, как разум твой начинает расширяться со скоростью юной Вселенной.
В последние годы вселенную то и дело потрясали блестящие идеи и поразительные открытия, и Лоуренс Краусс всегда был в самой гуще событий. С характерной для него живостью и при помощи хитроумных приемов он сделал эту удивительную историю на диво понятной. Кульминация книги – бесстрашный научный ответ на величайший вопрос бытия: почему на свете есть что-то, а не ничего?
В этой книге, написанной просто и остроумно, Лоуренс Краусс приводит убедительные доказательства, что наше мироздание во всей его сложности когда-то пребывало в состоянии огромной плотности и температуры, и рассказывает, как благодаря этому открытию теоретики набрались смелости строить увлекательные гипотезы о том, как все на самом деле начиналось.
В этой чудесной познавательной книге Лоуренс Краусс – как всегда остроумно, красноречиво и доходчиво – рассказывает о попытках современных ученых ответить на самый большой вопрос: как получилось, что вселенная возникла из ничего? Это насущный вопрос поставил в тупик и философов, и теологов, зато физика может предложить на него вполне правдоподобные ответы, что и показывает ясное и понятное объяснение Краусса. Эта книга – победа физики над метафизикой, разума и исследовательского духа – над невежеством и мифами, очевидная для всех: Краусс не только просвещает, но и развлекает.
От издателя
Откуда взялась Вселенная? Что было до Большого взрыва? Что готовит нам будущее? И наконец, почему на свете есть что-то, а не ничего?
Известный физик Лоуренс Краусс дает ответы на эти и другие вечные вопросы в ходе увлекательной научно-популярной лекции, доступной на портале YouTube. Эта лекция уже привлекла внимание почти миллиона человек. Особый интерес вызывает последний вопрос – он стоит в центре религиозно-философских диспутов о существовании Бога и традиционно служит аргументом в спорах с теми, кто не считает «гипотезу о Боге» настолько уж необходимой. Однако Краусс отмечает, что исторически сложилось так, что ученые занимались другими, более насущными вопросами – например, выясняли, как на самом деле устроена Вселенная, а это в конечном итоге помогает нам улучшить качество жизни.
Так вот, выдающийся физик-теоретик Лоуренс Краусс рассказывает историю космологии, одновременно и познавательную, и увлекательную, и показывает, как последние потрясающие достижения науки переворачивают основные вопросы философии с ног на голову. Краусс – один из немногих видных современных ученых, кому удалось преодолеть разрыв между наукой и популярной культурой. Он говорит о том, что современная наука дает ответы на вопрос, почему на свете есть что-то, а не ничего, и ответы эти неожиданны и удивительны. В книге «Вселенная из ничего» доступно и понятно описаны и «головокружительно-прекрасные данные наблюдений и экспериментов», и заковыристые теории, а из них следует, что получить «что-то» из «ничего» не просто можно: из «ничего»
Краусс уводит нас к началу начал и, как всегда, остроумно и доступно рассказывает, что говорит современная наука о том, как возникла Вселенная, и о том, чем, следовательно, все кончится. Читатели смогут взглянуть с совершенно новой точки зрения на самые основы бытия – и это станет для них увлекательной интеллектуальной задачей и подлинной радостью. А понимание, что в будущем наша Вселенная станет совсем не такой, как сейчас, приводит к очень серьезным изменениям в мировоззрении и заметно влияет на нашу нынешнюю жизнь. Вот как об этой книге говорит Ричард Докинз: «Не исключено, что по своему влиянию на доктрину о высшем разуме это самая значительная научная книга после Дарвина».
«Вселенная из ничего» – чудесное противоядие против устарелого религиозно-философского мышления, новый довод в спорах о существовании Бога и о природе всего сущего, после которого расстановка сил меняется навсегда. «Забудьте об Иисусе! – пишет Краусс. – Чтобы вы родились, пришлось погибнуть звездам!»
Лоуренс М. Краусс – известный космолог, профессор и почетный директор проекта «Origins» Университета штата Аризона. Журнал «Scientific American» назвал его редким случаем ученого, способного популярно излагать свои воззрения на публике. Краусс – автор более трехсот научных публикаций и восьми книг, в том числе бестселлера «The Physics of Star Trek» («Физика “Звездного Пути”»), лауреат множества международных премий как за научную, так и за литературную деятельность. Краусс – физик-теоретик, известный во всем мире, и сфера его научных интересов весьма обширна – она охватывает в числе прочего отношения космологии с физикой элементарных частиц: Краусс изучает ранние этапы существования Вселенной, природу темной материи, общую теорию относительности и астрофизику нейтрино. Докторскую степень по физике он получил в Массачусетском технологическом институте в 1982 году, а затем был принят в Гарвардское научное общество. В 1985 году он стал сотрудником физического факультета Йельского университета, а в 1993 году перебрался в Университет Кейс Вестерн Резерв, где занял должность декана физического факультета. С 2008 года Краусс работает в Университете штата Аризона. Краусс часто пишет передовицы в газетах и журналах и регулярно выступает по радио и телевидению.
Предисловие Ричарда Докинза
На этом месте в 1897 году ничего не произошло.
Мало что так расширяет сознание, как идея расширяющейся Вселенной. Музыка сфер – детская песенка, перезвон бубенчиков по сравнению с мощными аккордами галактической симфонии. Если прибегнуть к другой метафоре, к другому измерению, то прах столетий, туман времен, которые мы привыкли называть «древней» историей, быстро развеиваются мощными беспощадными ветрами геологических эпох. Даже возраст Вселенной, который, как уверяет нас Лоуренс Краусс, в точности до второго знака после запятой составляет 13,72 миллиарда лет, теряется на фоне грядущих триллионов.
Однако представления Краусса о космологии далекого будущего парадоксальны и мрачны. Научный прогресс, скорее всего, обратится вспять. Мы от природы склонны думать, что если в двухтриллионном году нашей эры на свете будут космологи, то их знания будут превосходить наши. Вовсе нет – и это лишь один из потрясающих выводов, которые я сделал, когда дочитал эту книгу. Наше время плюс-минус несколько миллиардов лет – самая подходящая эпоха для того, чтобы быть космологом. Пройдет два триллиона лет – и наша Вселенная расширится настолько, что все галактики, кроме той, где живет сам космолог (где бы он ни родился), разлетятся за эйнштейновский горизонт с такой абсолютной неизбежностью, что не просто станут невидимыми – их в принципе невозможно будет обнаружить, они не оставят даже косвенных намеков на свое существование. Как будто их никогда и не было. Все следы Большого взрыва, скорее сего, безвозвратно сотрутся. Космологи будущего окажутся отрезаны и от своего прошлого, и от своего настоящего – в отличие от нас.
Мы знаем, что нас окружают 100 миллиардов галактик, и знаем о Большом взрыве, поскольку его реликты окружают нас повсюду – это красное смещение излучения далеких галактик, которое говорит нам о Хаббловском расширении и которое мы экстраполируем обратно во времени. Нам выпало счастье наблюдать эти свидетельства, поскольку мы смотрим на новорожденную Вселенную, живем в благословенную эпоху, когда свет еще может путешествовать из галактики в галактику. Как остроумно пишут Краусс с коллегой: «Мы живем в особое время… единственное, когда мы можем подтвердить данными наблюдений, что живем в особое время!» Космологи третьего триллионолетия будут отброшены к картине мира, бытовавшей в начале ХХ века, окажутся заперты в границах одной-единственной Галактики, как и мы когда-то, – Галактики, которая была для нас синонимична Вселенной, поскольку ничего иного мы не знали и не могли себе представить.
А затем – и это неизбежно – плоская Вселенная станет еще более плоской и впадет в состояние, которое, как зеркало, отражает ее начало. Тогда не только не будет космологов, чтобы смотреть на эту Вселенную, – вообще не на что будет смотреть. Не будет ничего. Даже атомов. Ничего.
Если вы считаете, что это унылая безрадостная картина, тем хуже для вас. Реальность не обязана нас утешать. Когда Маргарет Фуллер заметила: «Я принимаю Вселенную» (так и слышу в этом вздох облегчения), Томас Карлайл ответил с испепеляющей иронией: «Попробовала бы не принять!» Лично я думаю, что вечный покой бесконечно плоского ничего обладает своим самобытным великолепием, и нам по меньшей мере должно хватить отваги его признать.
Но если что-то может стать плоским до полного «ничего», может ли это «ничего» взяться за дело и породить «что-то»? Или, цитируя теологическую банальность, есть ли на свете что-то, а не ничего? Здесь мы подходим к самому, пожалуй, примечательному выводу, который мы делаем, закрывая книгу Лоуренса Краусса. Физика не только говорит нам, как что-то могло получиться из ничего, – как рассказывает Краусс, она идет еще дальше и показывает, что «ничего» нестабильно, из него почти всегда должно возникнуть «что-то». Если я правильно понимаю Краусса, это происходит постоянно. Этот принцип несколько напоминает физическую версию истины «минус на минус дает плюс». Частицы и античастицы возникают и исчезают, будто субатомные светлячки, аннигилируют друг с другом, а затем воссоздают друг друга из ничего в ходе обратного процесса.
Спонтанный генезис чего-то из ничего бурно шел в самом начале пространства и времени в сингулярности, известной как Большой взрыв, за которым последовал период инфляции, когда Вселенная и все, что в ней содержалось, за долю секунды выросла на двадцать восемь порядков – только подумайте, это же единица с двадцатью восемью нулями!
Какая странная, дурацкая идея! Ох уж эти ученые, в самом деле! Ничуть не лучше средневековых схоластов, которые подсчитывали ангелов на конце иглы или обсуждали «таинство» пресуществления.
О нет, о нет – нечего даже и сравнивать. Наука еще многого не знает (и трудится над этим не покладая рук). Но кое-что из того, что мы знаем, мы знаем не просто приблизительно (Вселенной не несколько тысяч, а несколько миллиардов лет) – мы знаем это с полной уверенностью и с поразительной точностью. Я уже упоминал, что возраст Вселенной вычислен с точностью в четыре значащие цифры. Само по себе это внушает уважение – но это сущие пустяки по сравнению с точностью некоторых прогнозов, которыми подчас изумляют нас Лоуренс Краусс и его коллеги. Герой Краусса Ричард Фейнман указывал, что некоторые прогнозы квантовой теории, опять же основанные на предположениях, на сторонний взгляд таких причудливых, что не снилось никакому мракобесу-богослову, подтвердились с такой точностью, что это все равно что подсчитать расстояние от Нью-Йорка до Лос-Анджелеса с точностью до волоска.
Теологи могут сколько угодно разглагольствовать об ангелах на кончике иглы в их современном эквиваленте. Может показаться, что у физиков свои ангелы и иглы – кванты и кварки с их «очарованием», «странностью» и «спином». Но физики могут сосчитать своих ангелов с точностью до одного из десяти миллиардов – ни ангелом больше, ни ангелом меньше. Да, наука представляется заумной и непостижимой, гораздо более заумной и непостижимой, чем любая теология, но она делает свое дело. Она получает результаты. Она способна доставить вас на Сатурн, обогнув по пути Венеру и Юпитер. Даже если мы не понимаем квантовую механику (право слово, я не понимаю), но теория, которая предсказывает явления в реальном мире с точностью до десяти знаков после запятой, не может быть неверной в любом смысле этого слова. А в теологии не просто нет десяти знаков после запятой, ей недостает даже намека на связь с реальным миром. Как сказал Томас Джефферсон, когда основывал Университет штата Виргиния: «Кафедре теологии нет места в нашем заведении».
Если спросить верующих, почему они верят, обязательно найдется горстка «интеллектуальных» теологов, которые скажут, что Бог есть «основа всего сущего», или «метафора межличностного братства», или еще что-нибудь уклончивое в этом духе. Однако большинство верующих отвечают честнее и тем самым ослабляют собственную позицию – они предлагают свою версию теории разумного замысла или теории первопричины. Философам масштаба Дэвида Юма не пришлось бы даже привстать с кресла, чтобы показать фатальные слабые места подобной аргументации – ведь здесь прямо-таки напрашивается вопрос о происхождении Творца. Однако нужен был Чарльз Дарвин, который проплыл по реальному миру на «Бигле» и открыл до гениальности простую, не вызывающую никаких вопросов альтернативу теории разумного замысла. То есть, конечно, в области биологии. Биология всегда была излюбленным местом для охоты всех сторонников естественной теологии, пока их не разогнал Дарвин – непреднамеренно, ведь он был добрейший и мягчайший из людей. Тогда они разбежались по чащобам физики и происхождения Вселенной – но там их поджидали Лоуренс Краусс и его предшественники.
Похоже ли, что физические законы и постоянные – это результат тщательной тонкой настройки с целью обеспечить наше существование? Считаете ли вы, что все началось благодаря вмешательству некоей силы? Если вам кажется, что в этих вопросах нет никакого подвоха, почитайте Виктора Стенджера. Почитайте Стивена Вайнберга, Питера Аткинса, Мартина Риса, Стивена Хокинга. А теперь мы можем почитать еще и Лоуренса Краусса – и его книга произвела на меня впечатление нокаута. На этих страницах, прямо на ваших глазах рассыпается в прах последний козырь теолога – «Почему на свете есть что-то, а не ничего?». Если книга «Происхождение видов» стала смертельным ударом, который биология нанесла учениям о сверхъестественном, то «Вселенная из ничего», вероятно, станет таким же оружием в руках космологии. Ее название говорит само за себя. И то, что оно говорит, потрясает.
Предисловие
Каким бы ни был наш жизненный опыт, нам приходится воспринимать его как есть, будь то мечта или кошмар, и проживать его наяву, а не во сне. Мы живем в мире, насквозь пронизанном наукой, в мире целостном и реальном. И невозможно превратить его в игру, встав на чью-то сторону.
Чтобы сразу расставить все по своим местам, мне придется признаться, что я не симпатизирую идее, которая лежит в основе всех на свете религий: будто творение требует творца. Ежедневно и ежечасно возникают чудесные, прекрасные предметы и явления – от снежинок морозным зимним утром до яркой радуги после дождя летним вечером. Однако утверждать, будто все до единого эти предметы и явления созданы высшим разумом – любовно, старательно, а главное – целенаправленно, – станут разве что самые ярые фундаменталисты. Более того, многие простые смертные, и ученые, и люди, далекие от науки, только рады тому, что мы способны объяснить, как и почему снежинки и радуги возникают сами по себе на основании простых и изящных законов физики.
Тут, конечно, можно спросить, откуда берутся законы физики – и даже задать вопрос с подвохом: а кто создал эти законы? Многие так и спрашивают. И даже если на первый вопрос можно ответить, спрашивающий частенько не останавливается: «А это откуда взялось? А это кто создал?» – и т. д.
В конечном итоге многие думающие люди подходят к очевидному выводу, что нужна некая Первопричина, как сказали бы Платон, Фома Аквинский и современная католическая церковь, то есть предполагают, что существует некая божественная сущность, творец всего, что есть и что будет, что-то или кто-то вечный и вездесущий. Но даже если постулировать наличие Первопричины, остается открытым вопрос: а кто сотворил самого творца? И какова на самом деле разница между доводами в пользу вечно существующего Создателя в противоположность вечно существующей Вселенной, в которой его нет?
Эти доводы всегда напоминают мне известный анекдот о том, как некий философ читал лекцию о происхождении Вселенной (по одной версии это был Бертран Рассел, по другой – Уильям Джеймс). Среди слушателей нашлась одна дама, убежденная, что мир покоится на гигантской черепахе, а ее держит другая черепаха, а ту – третья и так «до самого низа!». Бесконечная регрессия какой-то созидательной силы, которая порождает саму себя, и даже предположение о наличии какой-то воображаемой силы, которая выше и больше черепах, не приближает нас к ответу на вопрос, что движет Вселенной. Тем не менее метафора бесконечной регрессии, вероятно, ближе к реальному процессу возникновения Вселенной, чем идея единого творца.
Если отмахнуться от этого вопроса, заявив, что все упирается в Бога, вопрос о бесконечной регрессии, похоже, станет лишь очевиднее. И тут я начинаю читать свою мантру: Вселенная такая, какая есть, нравится нам это или нет. Существование или отсутствие творца не зависит от наших предпочтений. Мир без Бога и без цели – это как-то неприятно и бессмысленно, но из этого не следует, что Бог существует. Подобным же образом наш разум, вероятно, не может с легкостью представить себе бесконечность (хотя математика, плод нашего разума, запросто с ней управляется), но из этого не следует, что бесконечности не существует. Наша Вселенная может быть бесконечной с точки зрения пространства или времени. Или, как выразился когда-то Ричард Фейнман, не исключено, что законы физики – это как луковица: с каждым новым слоем начинают действовать новые законы.
Более двух тысяч лет вопрос «Почему есть что-то, а не ничего?» считался доводом против представления о том, что наша Вселенная – сложная система из звезд, галактик, людей и мало ли чего еще – возникла, вероятно, безо всякого первоначального замысла, намерения и цели. Обычно это подается как вопрос философский или религиозный, но прежде всего это вопрос о мире природы, а значит, и пытаться ответить на него нужно прежде всего при помощи науки.
Цель этой книги проста. Я хочу показать, как современная наука в разных ее обличьях может ответить – и отвечает – на вопрос, почему на свете есть что-то, а не ничего. Ответ на него дают и головокружительно-прекрасные данные наблюдений и экспериментов, и теории, лежащие в основе большей части современной физики, – все они говорят, что получить что-то из ничего можно безо всяких затруднений. Более того, что-то из ничего, вероятно,
Я делаю здесь упор на слове «могла», поскольку, возможно, дать однозначный ответ на этот вопрос мы не сумеем, поскольку у нас никогда не будет достаточно эмпирической информации. Однако уже одно то, что возникновение Вселенной из ничего в принципе правдоподобно, весьма существенно, по крайней мере, для меня.
Прежде чем двигаться дальше, я хотел бы посвятить несколько слов понятию «ничто» – а в дальнейшем мы поговорим об этом подробнее. Дело в том, что, по моему опыту, когда обсуждаешь этот вопрос публично, теологов и философов, не согласных со мной, больше всего раздражает, что я, ученый, не вполне понимаю, что такое «ничто» (тут возникает соблазн возразить, что теологи-то как раз выдающиеся специалисты по «ничему»). «Ничто», настаивают они, – это совсем не то, о чем я говорю. «Ничто» – это «несуществование» в каком-то смутном, скверно определенном смысле. Это напоминает мои собственные потуги определить, что такое «разумный замысел», когда я только начал дискутировать с креационистами, – потом-то мне стало очевидно, что ясного определения дать невозможно, разве что от противного. «Разумный замысел» – это просто самое общее название всего, что отрицает эволюцию. Точно так же иные философы и многие теологи снова и снова определяют «ничто» как нечто, не имеющее ничего общего с любым «ничто», о котором в данный момент говорят ученые.
Однако, по моему мнению, в этом и состоит интеллектуальная несостоятельность большей части теологии и отдельных направлений современной философии. Ведь «ничто» обладает точно таким же физическим смыслом, что и «нечто», особенно если приходится определять его как «отсутствие чего-то». Следовательно, мы должны точно понимать физическую природу обеих этих величин. А любое определение без научной базы – это просто слова.
Если бы кто-нибудь сто лет назад определил «ничто» как просто пустое пространство, не обладающее реальной материальной сущностью, никто не стал бы ему возражать. Однако по итогам минувшего века мы узнали, что пустое пространство – это на самом деле далеко не та нетронутая пустота, как мы считали раньше, потому что теперь нам известно об устройстве природы гораздо больше. Религиозные критики твердят мне, что нельзя называть пустое пространство «ничем» – это «квантовый вакуум», в отличие от религиозного или философского идеализированного «ничего».
Хорошо, да будет так. А если, предположим, мы хотим описать «ничто» как отсутствие самого пространства и времени? Этого достаточно? Я опять же подозреваю, что когда-то этого было достаточно – но прошли те времена. Однако – и об этом мы еще поговорим – мы узнали, что время и пространство способны возникать спонтанно, так что теперь нам говорят, что и это «ничто» – совсем не то «ничто», о котором идет речь. И нам говорят, что спасение от «настоящего ничего» требует божественности, а «ничто» произвольно определяется как «то, из чего только Бог может что-то создать».
Кроме того, разные люди, с которыми я дискутировал по этому вопросу, предполагали, что если есть какой-то «потенциал» для создания чего-то, значит, это состояние – не подлинное «ничто». И разумеется, наличие законов природы, которые обеспечивают подобный потенциал, уводит нас далеко за пределы подлинного царства небытия. А стоит мне возразить, что сами эти законы, вероятно, также возникают спонтанно, – а я еще напишу о том, что в этом-то, возможно, все дело, – как и этого тоже оказывается мало, поскольку любая система, в которой могут возникнуть законы, – не настоящее ничто.
Черепахи до самого низа? Нет, я так не считаю. Однако черепахи – большой соблазн, потому что наука меняет правила игры и само игровое поле, и многим от этого становится неуютно. Это, конечно, и есть одна из целей науки (во времена Сократа сказали бы «естествознания»). Стало неуютно – значит, мы на пороге новых открытий. Поэтому привлекать «Бога», чтобы уйти от трудных вопросов «Как?», – это, конечно, интеллектуальная лень. Ведь если бы не было никакого потенциала для творения, Бог не мог бы ничего создать. Уверять, будто потенциально бесконечной регрессии можно избежать, потому что Бог существует вне природы и, следовательно, «потенциал» существования сам по себе не входит в то небытие, из которого возникает бытие, – это интеллектуальное надувательство.
Моя истинная цель – продемонстрировать, что в науке на самом деле действуют другие правила игры, так что все эти отвлеченные бесполезные дебаты о природе небытия сменились очень полезными и практическими попытками описать, откуда на самом деле могла взяться наша Вселенная. Кроме того, я расскажу, как это может повлиять на наше настоящее и будущее.
Все это говорит об одном важном обстоятельстве. Когда речь заходит о понимании того, как эволюционирует наша Вселенная, религия с теологией в лучшем случае просто не играют никакой роли. Они частенько мутят воду, например, когда сосредотачиваются на вопросах «ничего», не дав никакого определения этому понятию на основании эмпирических данных. Поскольку мы еще не полностью понимаем, каково происхождение Вселенной, нет никаких причин рассчитывать, что в этом отношении что-то изменится. Более того, я думаю, что в конечном итоге точно такое же положение сложится и в тех областях, которые сейчас религия считает своей вотчиной – например, в вопросах человеческой морали.
Наука хорошо зарекомендовала себя в расширении нашего понимания природы, поскольку дух научного исследования основан на трех основных принципах: (1) следуй за данными, куда бы они ни вели, (2) если у кого-то есть теория, надо, чтобы он был готов попытаться опровергнуть ее с тем же старанием, с каким пытается доказать, что она верна, и (3) мерило истины – это эксперимент, а не утешение, которое черпаешь в своих предрассудках, и не красота, которую видишь в своих теоретических моделях.
Результаты экспериментов, о которых я напишу, не просто своевременны, но еще и неожиданны. Узорчатый покров, который соткала наука при описании эволюции нашей Вселенной, куда роскошнее и интереснее, чем любые воображаемые откровения или сюжеты, созданные людьми. Природа таит сюрпризы, далеко превосходящие способности человеческой фантазии. За последние два десятка лет интереснейшие достижения космологии, теории элементарных частиц и теории гравитации полностью перевернули наши представления о Вселенной – и из этих достижений следуют ошеломляющие выводы, меняющие не только нашу картину происхождения Вселенной, но и картину ее будущего. Так что нет
Однако на создание этой книги меня вдохновило не столько желание развенчать мифы и разоблачить предрассудки, сколько стремление восславить знание, а вместе с ним и то, какая, оказывается, у нас восхитительная Вселенная, а мы и не догадывались.
Наши исследования уведут нас в головокружительное путешествие по самым дальним уголкам расширяющейся Вселенной – с первых мгновений Большого взрыва и до далекого будущего, по самым неожиданным открытиям физики за последние сто лет.
На самом деле непосредственным стимулом написать эту книгу стало то поразительное открытие в области физики Вселенной, которое вдохновляло мои исследования в течение последних тридцати лет и натолкнуло ученых на потрясающий вывод – что большая часть энергии во Вселенной пребывает в загадочной и не объяснимой на сегодняшней день форме, пронизывающей все пустое пространство. Не будет преувеличением сказать, что это открытие изменило правила игры в современной космологии.
Во-первых, это открытие обеспечило новые замечательные доводы в пользу идеи о том, что наша Вселенная возникла в точности из ничего. Кроме того, оно заставляет нас пересмотреть огромное количество предположений о процессах, которые, возможно, движут эволюцией Вселенной, а в конечном итоге – и вопрос о том, фундаментальны ли сами законы природы. А все это, в свою очередь, лишает вопрос о том, почему на свете есть что-то, а не ничего, флера загадочности – более того, как я рассчитываю показать, делает его очень простым.
Что касается истории создания этой книги, то все началось в октябре 2009 года, когда я читал в Лос-Анджелесе лекцию под таким же названием. Я никак не ожидал, что видеозапись этой лекции на YouTube, ставшая доступной благодаря Фонду Ричарда Докинза, стала чуть ли не сенсацией: сейчас, когда я пишу эти строки, она набрала почти миллион просмотров, а всевозможные фрагменты из нее применяют в своих дебатах оба лагеря – и теисты, и атеисты.
Поскольку эта тема, очевидно, вызывает интерес, а кроме того, в Сети и в других средствах массовой информации появились комментарии к моей лекции, которые показывали, что к ней отнеслись неоднозначно, я решил, что стоит, возможно, более подробно разъяснить изложенные в этой лекции идеи и сделать из нее книгу. Здесь у меня появилась возможность дополнить новыми доводами тогдашнюю аргументацию, которая практически полностью строилась на недавнем перевороте в космологии, изменившем нашу картину Вселенной, – речь идет об открытиях, связанных с энергией и геометрией пространства. Этому я посвящу первые две трети книги.
За прошедшее с 2009 года время я успел гораздо лучше обдумать многие идеи и предпосылки, составляющие основу моей аргументации, обсудил их с разными людьми, которые восприняли мысль о написании книги, можно сказать, с энтузиазмом, причем заразительным. Я глубже изучил влияние, которое эти открытия оказали на развитие физики элементарных частиц, в особенности на вопрос о происхождении и природе нашей Вселенной. А затем я представил некоторые свои доводы самым яростным противникам – и благодаря этому у меня возникли некоторые существенные соображения, которые помогли отточить аргументацию.
Когда я пытался облечь в слова все то, что постараюсь здесь изложить, мне невероятно помогли беседы с некоторыми коллегами-физиками, наделенными талантом очень глубоко мыслить. Особенно я признателен Алану Гуту и Фрэнку Вильчеку, которые не пожалели времени на продолжительные дискуссии и переписку со мной, помогли разобраться с путаницей в моей собственной голове и в некоторых случаях отточили мои интерпретации.
Лесли Мередит и Доминик Анфузо из издательства «Simon & Schuster» проявили интерес к публикации книги, это придало мне храбрости, и я обратился к своему другу Кристоферу Хитченсу, который не только входит в число самых блестящих и образованных среди моих знакомых, но и пользуется некоторыми доводами из моей лекции в своем цикле интереснейших бесед о науке и религии. Несмотря на тяжелую болезнь, Кристофер согласился написать послесловие к моей книге – со свойственной ему добротой, щедростью и отвагой. Я вечно благодарен ему за этот поступок, свидетельствующий о теплых дружеских чувствах и доверии. К несчастью, в дальнейшем недуг одолел Кристофера настолько, что о написании послесловия уже не могло быть и речи, несмотря на все его старания. Однако на выручку мне пришел другой мой добрый друг – великий ученый и оратор Ричард Докинз: он когда-то согласился написать послесловие к какой-нибудь моей книге. Когда я показал ему черновик, он тут же составил текст поистине ошеломляющей красоты и ясности – и при этом удивительной скромности. Я просто потрясен. Я искренне благодарю Кристофера, а затем и Ричарда и всех вышеперечисленных за поддержку и вдохновение – и за то, что заставили меня снова сесть за компьютер и начать писать.
Глава 1. Сага о тайнах Вселенной. Начало
В любом путешествии всегда есть изначальная тайна: как путешественник очутился в пункте отправления?
Ненастной темной ночью в начале 1916 года Альберт Эйнштейн завершил величайший труд своей жизни, на создание которого у него ушло десять лет неустанной интеллектуальной работы, – новую теорию гравитации, которую он назвал «общая теория относительности». И это была не просто новая теория гравитации – это была еще и новая теория пространства и времени. Первая научная теория, которая могла объяснить не только движение тел во Вселенной, но и развитие самой Вселенной.
Была здесь, однако, одна тонкость. Когда Эйнштейн начал применять свою теорию к описанию Вселенной в целом, стало очевидно, что теория описывает не ту Вселенную, где мы, по всей видимости, обитаем.
Сейчас, по прошествии ста лет, трудно в полной мере оценить, насколько изменилось наше представление о Вселенной на протяжении одной человеческой жизни. С точки зрения научного сообщества 1917 года Вселенная была вечна и статична и состояла из одной галактики – нашего Млечного Пути, – окруженной бесконечным темным и пустым пространством. Примерно так все и видится, если взглянуть в ночное небо невооруженным взглядом или в небольшой телескоп, поэтому в те времена не было особых оснований думать иначе.
Согласно теории Эйнштейна, как и согласно теории всемирного тяготения Ньютона, гравитация – это сила притяжения (и только притяжения!) между двумя телами. Это значит, что несколько масс в пространстве не могут вечно находиться в состоянии покоя. Взаимное притяжение заставит их устремиться друг к другу и схлопнуться – а это явно противоречит очевидной статичности Вселенной.
То, что общая теория относительности Эйнштейна не соответствовала тогдашней картине Вселенной, было для ученого тяжким ударом – читатель едва ли представляет себе, насколько тяжким. Выяснив причины этого, я смог развенчать один миф об Эйнштейне и общей теории относительности, который всегда вызывал у меня сомнения. Принято считать, что Эйнштейн долгие годы работал в полном уединении, в закрытом кабинете, не пользуясь ничем, кроме собственных размышлений и рассуждений, и эта прекрасная теория получилась у него вне связи с реальностью (чем-то это напоминает нынешних ученых, работающих над теорией струн!). А на самом деле все было наоборот.
Эйнштейн всегда опирался на эксперименты и наблюдения. Многие эксперименты он и правда проделывал «мысленно» – и он и правда трудился больше десяти лет, – но при этом изучал новые математические методы и в процессе несколько раз заходил в теоретические тупики, и лишь после этого ему удалось создать теорию, отличавшуюся подлинной математической красотой. Однако главным условием для налаживания близких отношений с общей теорией относительности должны были стать наблюдения. За последние недели лихорадочной работы, когда Эйнштейн дорабатывал свою теорию, соперничая с немецким математиком Давидом Гильбертом, он на основании своих уравнений рассчитал прогноз для загадочного астрофизического явления – небольшой прецессии в перигелии (ближайшей к Солнцу точке) орбиты Меркурия.
Астрономы давно заметили, что орбита Меркурия немного отклоняется от траектории, которую предсказывают законы Ньютона. Она представляет собой не идеальный эллипс, замкнутый сам на себя, а отличается прецессией (то есть планета, совершив один оборот по орбите, возвращается не в ту же самую точку, а с каждым оборотом ориентация эллипса чуть-чуть сдвигается, и в результате получается траектория, напоминающая спираль). Величина этой прецессии ничтожно мала – около 43 угловых секунд (примерно одна сотая градуса) за сто лет.
Когда Эйнштейн рассчитал орбиту Меркурия на основе своей общей теории относительности, то получил именно это число. Как писал биограф Эйнштейна Абрахам Пайс: «Пожалуй, ни одно из событий в научной деятельности, да и в жизни, не потрясло Эйнштейна сильнее, чем это открытие (здесь и далее пер. В. и О. Мацарских)». Эйнштейн уверял, что «это открытие вызвало у него учащенное сердцебиение», как будто «внутри у него что-то оборвалось». Месяц спустя, когда он рассказывал об этой теории другу и называл ее несравненно прекрасной, было совершенно очевидно, что эта математическая модель доставляет ему много радости, но ни о каком сердцебиении уже не упоминалось.
Впрочем, довольно скоро очевидные противоречия между общей теорией относительности и данными наблюдений, которые указывали на то, что Вселенная статична, были улажены, хотя это и заставило Эйнштейна ввести в свою теорию поправку, которую он позднее называл своей величайшей ошибкой (но об этом позже). В наши дни уже все, кроме некоторых школьных учителей в США, знают, что Вселенная не статична – она расширяется, и началось это расширение примерно 13,72 миллиарда лет назад в момент Большого взрыва, когда она была очень плотной и горячей. Не менее важно и другое: теперь мы знаем, что наша Галактика – всего лишь одна из примерно 400 миллиардов галактик в наблюдаемой Вселенной. Мы как первые картографы – только начинаем составлять полную карту крупномасштабной структуры Вселенной. Неудивительно, что в последние десятилетия наша картина Вселенной претерпела революционные изменения.
Открытие, что Вселенная не статична, а расширяется, играет огромную роль и в философии, и в религии, поскольку предполагает, что у Вселенной было начало. А если начало – значит, акт творения, а идея акта творения всегда вызывает бурю эмоций. Хотя расширение Вселенной было открыто в 1929 году, потребовалось несколько десятков лет, чтобы независимо подтвердить его эмпирическими данными, однако уже в 1951 году папа Пий XII объявил это открытие доказательством Сотворения мира. Вот как он сказал:
По всей видимости, современная наука, сумев за единый миг заглянуть на многие века в прошлое, стала свидетельницей божественного мгновения – первичного «Fiat Lux» [Да будет свет!], когда одновременно с веществом из ничего вырвался целый океан света и излучения и химические элементы, сгорая и расщепляясь, создали миллионы галактик. И таким образом со всей конкретностью, свойственной физическим доказательствам, наука подтвердила, что Вселенная возникла обусловленно, и проследила ее существование в прошлое до той эпохи, когда мир вышел из рук Творца. Итак, мир был сотворен. А посему, говорим мы, Творец существует – а значит, Бог есть!
На самом деле все было немного интереснее. Первым предложил идею Большого взрыва бельгийский священник и физик по имени Жорж Леметр. Леметр был человек удивительно многогранный, прошедший извилистый профессиональный путь. Начал он исследования как инженер, во время Первой мировой прославился как артиллерист, а затем переключился на математику, параллельно готовясь к рукоположению – это было в начале двадцатых. Затем он увлекся космологией и сначала учился у знаменитого английского астрофизика сэра Артура Стэнли Эддингтона, впоследствии перебрался в Гарвард, а в конце концов получил вторую докторскую степень, по физике, в Массачусетском технологическом институте.
В 1927 году, перед тем как во второй раз получить степень доктора, Леметр решил уравнения общей теории относительности Эйнштейна и показал, что теория предсказывает нестатичную Вселенную, более того, из нее следует, что Вселенная, в которой мы живем, расширяется. Эта мысль показалась всем настолько возмутительной, что даже сам Эйнштейн ответил Леметру афоризмом «Математика у вас точна, зато физика отвратительна».
Леметра это, впрочем, не остановило, и в 1930 году он предположил, что на самом деле расширение Вселенной началось с крошечной точки, которую он назвал «первичным атомом», и что это начало – вероятно, это была аллюзия на сотворение мира – было «днем без вчера».
То есть гипотезу Большого взрыва, которую так славил папа Пий, первым предложил именно священник. Казалось бы, такое одобрение папы должно было порадовать Леметра – однако сам он уже отказался от мысли, что из этой научной теории можно сделать какие бы то ни было богословские выводы, и в конечном итоге убрал из черновика статьи 1931 года о Большом взрыве все намеки на сотворение мира. А в 1951 году даже публично возразил папе Пию на заявление о сотворении мира посредством Большого взрыва (не в последнюю очередь потому, что если бы его теория впоследствии оказалась опровергнута, это стало бы доводом против идеи о сотворении мира). К этому времени Леметр уже был избран в Папскую академию наук, а затем стал ее президентом. Как писал сам Леметр, «насколько я могу судить, подобная теория вообще не относится к вопросам религии и метафизики». Больше папа эту тему не поднимал.
История эта очень поучительна. По мнению Леметра, был Большой взрыв или нет, – это научный, а не богословский вопрос. Более того, если Большой взрыв действительно произошел (а в наши дни все свидетельствует о том, что так, бесспорно, и было), можно толковать это произвольно, по-разному, в зависимости от своих религиозно-метафизических предпочтений. Можно считать Большой взрыв намеком на Творца, если вам так нужно, а можно утверждать, что математика общей теории относительности объясняет эволюцию Вселенной до самого начала, обходясь безо всякого вмешательства того или иного божества. Однако подобная метафизическая спекуляция никак не зависит от физической обоснованности гипотезы Большого взрыва как таковой и не влияет на то, как мы ее понимаем. Разумеется, если пойти дальше простого существования расширяющейся Вселенной и попытаться понять, какие физические принципы имели отношение к ее зарождению, наука, скорее всего, прольет новый свет и на эту теорию – и проливает, как я покажу в дальнейшем.
Так или иначе, ни Леметр, ни папа Пий не убедили научное сообщество, что Вселенная действительно расширяется. Нет – как всегда бывает в добросовестных физических исследованиях, доказательство было получено благодаря тщательным наблюдениям, которые в данном случае провел Эдвин Хаббл, который и по сей день вселяет в меня веру в человечество, поскольку он начинал как юрист и лишь потом стал астрономом.
Хаббл совершил важнейший прорыв в астрофизике уже в 1925 году, когда он работал на стодюймовом телескопе Хокера в обсерватории Маунт-Вильсон. Тогда это был крупнейший в мире телескоп. (Для сравнения: теперь мы строим телескопы в десять с лишним раз больше в диаметре и в сто раз больше по площади!) До этого времени, с тогдашними телескопами, астрономы были способны лишь различать размытые пятна на месте тех объектов, которые нельзя было считать просто звездами из нашей Галактики. Они называли их «туманностями» – «nebulae»: в сущности, это латинское слово и означает «что-то размытое» (или просто «облако»). И велись дебаты о том, где находятся эти объекты – в нашей Галактике или за ее пределами.
Поскольку в те дни превалировало представление о Вселенной, в которой нет ничего, кроме нашей Галактики, большинство астрономов принадлежало к лагерю «в нашей Галактике», который возглавлял знаменитый гарвардский астроном Харлоу Шепли.
В школе Шепли проучился всего пять классов, а потом занимался самообразованием и в конце концов поступил в Принстон. Он решил изучать астрономию просто потому, что этот предмет стоял первым пунктом в учебном плане. В своих фундаментальных трудах он показал, что Млечный Путь гораздо больше, чем считали раньше, и что Солнце находится отнюдь не в центре галактики, а в ее захолустном, ничем не примечательном уголке. В астрономии Шепли обладал непререкаемым авторитетом, поэтому его воззрения о природе туманностей имели большой вес.
В первый день нового 1925 года Хаббл опубликовал результаты своих двухлетних исследований так называемых спиральных туманностей, где он сумел выявить переменные звезды особого рода, так называемые цефеиды. В число этих туманностей входила и туманность, которую мы теперь знаем как созвездие Андромеды.
Переменные звезды цефеиды были описаны еще в 1784 году. Это звезды, чья яркость меняется с определенной периодичностью. В 1908 году в Гарвардскую обсерваторию на должность «вычислителя» была принята еще никому не известная молодая женщина по имени Генриетта Суон Ливитт («вычислителями» называли женщин, которых пускали в каталог фотопластинок с изображениями звезд различной яркости; пользоваться телескопами женщинам в те годы не разрешалось). Генриетта, дочь священника конгрегационалистской церкви, прямого потомка первых переселенцев, сделала поразительное открытие, о котором и заявила в 1912 году: она заметила, что между яркостью цефеид и периодом их вариаций существует прямая зависимость. То есть если удастся определить расстояние до какой-то цефеиды с известным периодом (а это было сделано вскоре, в 1913 году), то, измерив яркость других цефеид с таким же периодом, можно будет определить расстояние и до них! Поскольку наблюдаемая яркость звезд уменьшается пропорционально квадрату расстояния до звезды (свет распространяется равномерно по сфере, чья площадь увеличивается пропорционально квадрату расстояния, поэтому, когда свет распределяется по большей поверхности сферы, его наблюдаемая интенсивность в любой точке обратно пропорциональна площади сферы), то определение расстояния до далеких звезд всегда было важной и трудной задачей для астрономов. Открытие Ливитт произвело настоящий переворот в этой области. (Сам Хаббл, которому не досталось Нобелевской премии, часто говорил, что труды Ливитт ее заслуживают, хотя он был человеком довольно-таки эгоистичным и, вполне вероятно, утверждал так лишь потому, что его вполне могли номинировать на Нобелевскую премию за его дальнейшие работы вместе с Ливитт.) В Шведской королевской академии наук даже готовили документы, чтобы номинировать Ливитт в 1924 году, но тут стало известно, что она умерла от рака за три года до этого. Благодаря силе личности, склонности к саморекламе и таланту наблюдателя Хаббл в результате сделал из своего имени настоящий бренд, а о Генриетте Ливитт известно, увы, лишь тем, кто увлекается историей астрофизики.
Опираясь на свои измерения яркости цефеид и на соотношение периода и яркости, которое обнаружила Ливитт, Хаббл сумел окончательно доказать, что цефеиды в туманности Андромеды и в нескольких других туманностях так далеки, что не могут находиться в пределах Млечного Пути.
Выяснилось, что Андромеда – это другая островная Вселенная, другая спиральная галактика, хотя и очень похожая на нашу, одна из более чем 100 миллиардов других галактик, которые, как мы теперь знаем, существуют в наблюдаемой Вселенной. Результаты Хаббла не вызывали сомнений – настолько, что астрономическое сообщество, в том числе и Шепли, который, кстати, к этому времени уже стал директором Гарвардской обсерватории, где Ливитт сделала свое поразительное наблюдение, быстро смирилось с тем, что Млечный Путь – это далеко не весь окружающий мир. Габариты известной нам Вселенной за один миг расширились куда больше, чем за много предшествующих столетий! Более того, изменилась архитектура Вселенной – как практически и все остальные ее характеристики.
После этого сенсационного открытия Хаббл мог бы почивать на лаврах, но его интересовала дичь покрупнее – в данном случае, более крупные галактики. Измерив еще более тусклые цефеиды в еще более далеких галактиках, Хаббл смог составить карту Вселенной еще большего масштаба. При этом он открыл еще кое-что – и это оказалось даже интереснее: оказалось, что Вселенная расширяется!
Этот результат Хаббл получил из сравнения расстояний до галактик, которые он исследовал, с другим набором наблюдательных данных, полученных от американского астронома Весто Слайфера, который измерил спектры света, испускаемого этими галактиками. А чтобы разобраться, откуда взялись эти спектры и какова их природа, нам с вами придется вернуться к самым истокам современной астрономии.
Одно из важнейших открытий астрономии – то, что вещество звезд и вещество Земли по большей части одинаково. Все началось с Исаака Ньютона – как и очень многое в современной науке. В 1665 году Ньютон, тогда еще совсем молодой ученый, пропустил через призму тоненький лучик света – чтобы получить его, он полностью затемнил комнату и проделал дырочку в ставне, – и увидел, как солнечный свет разложился на знакомые всем цвета радуги. Ньютон заключил, что белый солнечный свет содержит все эти цвета, и был прав.
Прошло сто пятьдесят лет, и другой ученый более тщательно исследовал разложенный в призме свет, обнаружил, что цвета перемежаются темными полосами, и заключил, что это вызвано присутствием во внешних оболочках Солнца элементов, которые поглощают свет определенных цветов или длин волн. Вещество, создающее так называемые линии поглощения, можно отождествить, зная длины световых волн, которые, как показали лабораторные измерения, поглощаются теми или иными элементами – в том числе водородом, кислородом, железом, натрием и кальцием.
В 1868 году еще один ученый обнаружил две новые линии поглощения в желтой части солнечного спектра, которые не соответствовали никаким известным на Земле элементам. Он решил, что это, наверное, след какого-то нового элемента, который он назвал «гелий». Спустя поколение гелий нашли и на Земле.
Поделиться книгой: