Вселенная Стивена Хокинга (сборник)

Причина этого явления в том, что в теории относительности нет единой меры времени для всех наблюдателей – она своя у каждого наблюдателя. Если ракета, летящая медленнее, чем свет, способна добраться от события A (например, финиша забега на 100 метров на Олимпийских играх 2012 года) до события B (например, открытия 100 004 по счету заседания Конгресса Альфа Центавра), то с точки зрения всех наблюдателей и согласно их часам событие A предшествовало событию B. Теперь предположим: чтобы сообщить новость об исходе забега на заседании конгресса, космический корабль должен лететь быстрее света. В этом случае наблюдатели, движущиеся с разными скоростями, не сойдутся во мнениях о том, произошло ли событие A до или после события B. В соответствии со временем наблюдателя, который находится в состоянии покоя относительно Земли, Конгресс мог открыться и после забега. Таким образом, с точки зрения этого наблюдателя, ракета может успеть добраться от A до B, только если преодолеет барьер скорости света. Но для наблюдателя на Альфа Центавра, который удаляется от Земли почти со скоростью света, событие B (открытие Конгресса) произойдет до события A (финиш 100-метрового забега). Согласно теории относительности законы физики одинаковы для всех наблюдателей независимо от скорости их движения.

Это свойство было проверено экспериментально и, скорее всего, сохранится, даже если на смену теории относительности придет новая, более совершенная теория. Таким образом, движущийся наблюдатель сказал бы, что если двигаться быстрее света можно, то можно и добраться от события B (открытия Конгресса) до события A (финиша 100-метрового забега). А если кто-то окажется еще шустрее, то успеет вернуться до начала забега и успеть сделать ставку на спортсмена, который точно победит.

Но преодолеть барьер скорости света не так-то просто. Согласно теории относительности космический корабль расходует все больше энергии, по мере того как его скорость приближается к скорости света. Это доказано в экспериментах, правда, не с космическими кораблями, а с элементарными частицами, разгоняемыми в ускорителях, например в лаборатории имени Энрико Ферми или ЦЕРН. Мы научились разгонять частицы до 99,99 % скорости света, но сколько бы энергии мы ни затрачивали, частицы отказывались двигаться быстрее света. Так же и с космическими кораблями: никакая тяга двигателя не позволит им разогнаться до сверхсветовых скоростей.

Отсюда, похоже, следует невозможность как молниеносных космических полетов, так и путешествий назад во времени. Но выход – не исключено – все же есть. Есть вероятность, что можно искривить пространство-время таким образом, чтобы сократить путь от A до B. Например, проложить тоннель, или кротовую нору, между этими событиями. Как ясно из названия, кротовая нора представляет собой узкий проход в пространстве-времени, соединяющий две удаленные друг от друга, почти плоские области.

Длина этого прохода не должна соотноситься с расстоянием между его конечными точками в почти плоском пространстве. Так что вполне можно представить себе, что мы нашли или создали кротовую нору, соединяющую окрестности Солнечной системы и Альфу Центавра. Длина этой норы может составить всего несколько миллионов километров, тогда как в привычном пространстве Землю и Альфа Центавра разделяют сорок миллионов миллионов километров. Таким образом, новость о 100-метровом забеге может успеть к открытию Конгресса. Но в этом случае наблюдатель, движущийся к Земле, должен найти и другую кротовую нору, через которую он успеет вернуться с заседания Конгресса на Альфа Центавра обратно на Землю еще до начала забега. Таким образом, кротовые норы, как и любой другой способ перегнать свет, позволят также путешествовать в прошлое.

Кротовые норы, соединяющие разные области пространства-времени, – это не изобретение фантастов, эта идея была предложена солидными учеными.

В 1935 году Альберт Эйнштейн и Натан Розен написали статью, в которой показали, что общая теория относительности допускает существование «мостов» – по выражению ученых, – которые теперь называют кротовыми норами. Мост Эйнштейна – Розена оказался слишком короткоживущим, чтобы космический корабль смог пройти по нему: корабль нырнул бы в сингулярность, когда нора схлопнулась. Правда, выдвинули предположение, что высокоразвитая цивилизация сумеет не дать кротовой норе закрыться. Для этого – или для того, чтобы искривить пространство-время любым другим способом, обеспечив возможность путешествий во времени, – нужна область континуума с отрицательной кривизной, например седлообразная. Обычное вещество, плотность энергии которого положительна, придает пространству-времени положительную кривизну, например форму шара. Поэтому для получения отрицательной кривизны, необходимой для посещения прошлого, требуется вещество с отрицательной плотностью энергии.

Энергия чем-то напоминает деньги: если баланс вашего счета положителен, то вы можете распоряжаться финансами на ваше усмотрение, но согласно классическим законам вековой давности нельзя уйти в минус ни по одному из счетов. Таким образом, классические законы не допускают отрицательной плотности энергии и, следовательно, возможности заглянуть в прошлое. Однако, как говорилось в предыдущих главах, на смену классическим законам пришли квантовые, основанные на принципе неопределенности. Они предполагают бо́льшую свободу и готовы мириться с отрицательным балансом по одному или двум счетам при условии, что общий баланс остается положительным. Другими словами, квантовая теория стерпит отрицательную плотность энергии в некоторых областях, если это компенсируется положительной плотностью энергии в других местах, то есть если суммарная энергия остается положительной. Примером допустимости отрицательной плотности энергии в квантовой механике служит так называемый эффект Казимира. Как мы убедились в седьмой главе, даже то, что мы принимаем за «пустое» пространство, на самом деле заполнено виртуальными парами частица-античастица, которые возникают, расходятся, сходятся и взаимно аннигилируют. Представим себе две металлические пластины на малом расстоянии друг от друга. Эти пластины действуют как зеркала для виртуальных частиц света – фотонов. В действительности они образуют своего рода полость наподобие органной трубы, которая резонирует только тогда, когда берут определенные ноты. Это значит, что виртуальные фотоны могут оказаться между пластинами, только если длины их волны (расстояние между гребнями соседних волн) укладываются в зазор между пластинами целое число раз. Если ширина полости представлена нецелым числом, выражающим количество длин волн, то после нескольких отражений от верхней и нижней пластин гребни одной волны попадут на впадины другой, и волны взаимно погасятся.

Поскольку длины волн виртуальных фотонов между пластинами могут принимать только резонансные значения, то их там должно быть несколько меньше, чем в области вне пластин, где виртуальные фотоны могут иметь любые длины волн. Таким образом, поверхности пластин, расположенные внутри зазора, будут испытывать удары меньшего числа виртуальных фотонов, чем внешние поверхности пластин. Поэтому есть основания считать, что пластины будут испытывать действие сил, толкающих их навстречу друг другу. Эти силы и вправду были обнаружены и измерены: они оказались такими, как предсказывает теория. Таким образом, существуют экспериментальные свидетельства существования виртуальных частиц, которые порождают вполне реальные эффекты.

Тот факт, что в зазоре между пластинами меньше виртуальных фотонов, означает, что плотность энергии там ниже, чем в других местах. Но суммарная плотность энергии «пустого» пространства вдали от пластин равна нулю, потому что иначе под влиянием ненулевой плотности пространство искривилось бы, то есть перестало быть почти плоским. Так что если плотность энергии между пластинами меньше, чем плотность энергии вдали от пластин, то в зазоре она должна быть отрицательной.

Таким образом, у нас есть экспериментальные данные, указывающие как на то, что пространство-время может быть искривлено (отклонение света во время затмений), так и на то, что его можно искривить, чтобы сделать возможными путешествия во времени (эффект Казимира). Поэтому есть все основания надеяться, что прогресс науки и техники позволит в конце концов создать машину времени. Но если так, то почему никто не прибыл к нам из будущего, чтобы объяснить, как это делается? Конечно, могут быть серьезные основания не раскрывать нам секрет временны́х странствий, пока мы примитивны и недоразвиты. Но – если, конечно, человеческая природа радикально не изменится – с трудом верится, что какой-нибудь гость из будущего не проболтался бы. Разумеется, некоторые скажут, что наблюдение НЛО доказывает, что нас уже посещали инопланетяне или «будетляне». (Чтобы добраться до нас за разумное время, они должны были освоить перемещение со сверхсветовой скоростью, так что обе возможности вполне эквивалентны.)

Но я думаю, что визит любых пришельцев был бы куда более очевидным и, возможно, более неприятным событием. Если гости из других миров или будущего вообще захотят явить себя нам, зачем выбирать в свидетели тех, кто не заслуживает доверия? Если они стараются предупредить нас о большой опасности, то они не слишком в этом преуспели.

Отсутствие гостей из будущего можно объяснить тем, что прошлое уже «застыло»: мы наблюдали его и убедились, что там нет областей достаточно искривленных, чтобы попасть туда из будущего. С другой стороны, будущее неизвестно и открыто, и там вполне может найтись область с нужной кривизной. То есть если путешествия во времени возможны, то только в будущее. Так что капитану Кирку и его звездолету «Энтерпрайз» никак не пробраться в наше время.

Примерно понятно, почему нас не одолевают толпы туристов из будущего, но повисает вопрос: как избежать проблем, возникающих, если кто-то сможет вернуться в прошлое и изменить ход событий? Предположим, например, что вы попали в прошлое и убили своего прапрадеда, когда тот был еще мальчиком. Существует множество вариантов этого парадокса, но все они, в сущности, сводятся к одному и тому же: возможность изменять прошлое ведет к противоречиям.

По-видимому, есть два способа разрешения парадоксов, связанных с путешествиями во времени. Первый я буду называть подходом непротиворечивых историй, и он декларирует: даже если пространство-время свернуто так, что допускает путешествие в прошлое, все происходящее в пространстве-времени должно подчиняться законам физики. То есть вы можете вернуться назад в прошлое, только если история уже зафиксировала факт вашего появления в прошлом из будущего и если вы не убили своего прапрадеда и не совершили других действий, которые идут вразрез с вашим настоящим. К тому же, если вы отправитесь в прошлое, то не сможете изменить «застывшую» историю. А значит, не идет речи о свободе воли, вы не сможете делать то, что хочется. Конечно, можно сказать, что свобода воли – это всего лишь иллюзия. Если действительно существует полная единая теория, определяющая все на свете, то она, надо полагать, также определяет и ваши действия. Но механизм ее действия на такой сложный организм, как человек, невозможно просчитать. Мы говорим, что человек наделен свободной волей, потому что не можем предсказать поступков друг друга. Но если человек отправится в космос на ракете и возвратится до времени отправления, то он или она сможет предсказать свои дальнейшие действия, поскольку они будут частью известной истории. То есть в этой ситуации у путешественника во времени не будет свободы воли.

Другой возможный способ разрешения связанных с путешествиями во времени парадоксов можно назвать гипотезой альтернативных историй. Идея в том, что когда путешественник возвращается в прошлое, он попадает в альтернативную историю, которая отличается от записанной. Таким образом, он может действовать по своему усмотрению и ему не нужно с чем-либо координировать свои поступки. Стивен Спилберг вдоволь наигрался с этим предположением, когда снимал «Назад в будущее»: Марти Макфлай смог вернуться в прошлое и изменить историю отношений своих родителей на более подходящую.

Гипотеза альтернативных историй напоминает придуманный Ричардом Фейнманом способ представления квантовой механики в виде суммы по траекториям, о которой шла речь в четвертой и восьмой главах. По Фейнману, у Вселенной была не одна история, а скорее, набор всех возможных историй, каждая со своей вероятностью. Но между методом Фейнмана и альтернативными историями, пожалуй, есть одно важное различие. В фейнмановской сумме каждая траектория, или история, включает пространство-время целиком, а также все, что оно содержит. Пространство-время может иметь искривленную форму, позволяющую отправиться в прошлое на космическом корабле. Но корабль при этом останется внутри того же пространства-времени и, следовательно, той же истории, которая должна быть непротиворечивой. Так что фейнмановская сумма по траекториям согласуется с гипотезой скорее непротиворечивых, чем альтернативных историй.

Подход Фейнмана допускает возможность путешествий в прошлое на микроскопическом уровне. В девятой главе мы узнали, что законы природы остаются неизменными при комбинациях симметрий C, P и T. Это значит, что античастица, вращающаяся против часовой стрелки и движущаяся из A в B, может рассматриваться как обычная частица, вращающаяся по часовой стрелке и движущаяся в обратном направлении во времени – из B в A. Аналогично обычная частица, смещающаяся вперед по временной шкале, эквивалентна античастице, движущейся назад по времени. Как уже отмечалось в этой и в седьмой главе, «пустое» пространство заполнено парами виртуальная частица – виртуальная античастица, которые возникают вместе, разбегаются, сходятся и взаимно аннигилируют.

Так, пара частица-античастица может рассматриваться как одна частица, движущаяся по замкнутой траектории в пространстве-времени. Когда пара движется вперед по времени (от рождения к аннигиляции), она называется частицей. Но когда она движется назад во времени (от аннигиляции пары к ее рождению), она называется античастицей, движущейся вперед по времени.

В седьмой главе объяснялось, каким образом черные дыры испускают частицы и излучение, и механизм состоит в следующем: один из членов виртуальной пары частица-античастица (например античастица) падает в черную дыру, и второй член остается без партнера, с которым мог бы аннигилировать. Одинокая частица тоже может упасть в черную дыру, но может также и уйти из ее окрестностей. В последнем случае удаленный наблюдатель примет ее за частицу, испущенную черной дырой.

Впрочем, излучение черной дыры можно описать в виде иной, эквивалентной интуитивной схемы. Компонент виртуальной пары, упавший в черную дыру (например античастицу), можно рассматривать как частицу, движущуюся от черной дыры назад во времени. По достижении момента, когда рождается виртуальная пара частица-античастица, она тут же рассеивается гравитационным полем черной дыры и превращается в частицу, которая движется вперед по времени, удаляясь от черной дыры. А в случае если в черную дыру упала частица, ее можно рассматривать как античастицу, движущуюся назад по времени и исходящую из черной дыры. То есть излучение черных дыр показывает, что квантовая теория допускает возможность движения назад по времени на микроскопических масштабах и что перемещения во времени такого рода могут иметь наблюдаемые проявления.

Напрашивается вопрос: допускает ли квантовая механика возможность путешествий во времени на макроскопическом уровне, которой могли бы воспользоваться люди? На первый взгляд это кажется вероятным. По Фейнману, суммирование надлежит выполнять по всем траекториям, то есть не исключая траектории с таким искривлением пространства-времени, которое разрешает визит в прошлое. Почему у нас не возникает проблем с историей? Предположим, к примеру, что кто-то отмотал назад несколько лет и раскрыл нацистам секрет атомной бомбы…

Этих проблем можно избежать, если взять на вооружение то, что я называю гипотезой защиты хронологии. В согласии с ней законы физики «сговорились», чтобы не позволить макроскопическим телам передавать информацию в прошлое. Как и гипотеза космической цензуры, она не доказана, но есть все основания считать ее верной.

Гипотеза защиты хронологии заслуживает доверия, потому что когда пространство-время искривлено достаточно, чтобы сделать возможными путешествия в прошлое, виртуальные частицы, движущиеся по замкнутым траекториям в пространстве-времени, могут превращаться в реальные частицы, движущиеся вперед по времени со скоростями, равными скорости света, или медленнее. Эти частицы проходят по этой петле произвольное число раз и столько же раз минуют любую точку своей траектории. Таким образом, их энергия учитывается снова и снова, и плотность энергии становится очень высокой. В результате пространство-время обретает положительную кривизну, которая не позволяет попасть в прошлое. Пока еще не до конца понятно, становится ли под действием этих частиц кривизна положительной или отрицательной или же кривизна, продиктованная некоторыми типами виртуальных частиц, может подменяться кривизной, порожденной частицами другого типа. Так что вопрос о возможности путешествий во времени остается открытым. Но я не готов делать ставки на исход этого спора. У моего оппонента может оказаться нечестное преимущество: не исключено, что будущее ему уже известно.

Глава одиннадцатая. Объединение физики

Как мы уже выяснили в первой главе, построить полную единую теорию всего во Вселенной – чрезвычайно трудная задача. Поэтому мы продвигались вперед, создавая частные теории, описывающие ограниченный круг событий, пренебрегая другими эффектами или учитывая их приблизительно через определенные параметры. (Например, химия позволяет вычислять взаимодействия между атомами, и для этого не нужно знать внутреннего строения атомного ядра.) Мы надеемся в конце концов создать всеобъемлющую непротиворечивую теорию, которая включит в себя все частные теории на правах приближений и которую не придется настраивать путем подбора значений констант, чтобы согласовать с реальностью. Поиски такой теории известны как «объединение физики». Последние годы своей жизни Эйнштейн посвятил попыткам – безуспешным – отыскать подходящую модель, но то было стремление опередить свое время: тогда уже существовали частные теории тяготения и электромагнитных сил, а о ядерных силах было известно мало. К тому же ученый отказывался признавать реальность квантовой механики, несмотря на ту роль, которую сыграл в ее разработке. И все же принцип неопределенности, как видится, играет фундаментальную роль в нашей Вселенной, а следовательно, успешная единая теория должна учитывать его.

Как станет ясно дальше, сейчас перспективы появления такой теории намного радужнее, потому что мы куда больше знаем о Вселенной. Но не будем слишком самонадеянными – немало наших надежд обернулись миражами! Например, в начале XX века казалось, что все можно объяснить через свойства сплошного вещества – упругость, теплопроводность и прочее, но открытие структуры атома и принципа неопределенности поставили на этих планах жирный крест. В 1928 году, физик и лауреат Нобелевской премии Макс Борн и вовсе заявил группе ученых, посетивших Гёттингенский университет: «С физикой, какой мы ее знаем, через шесть месяцев будет покончено». Причиной его уверенности было незадолго до этого выведенное Полем Дираком уравнение, описывающее поведение электрона. Предполагалось, что аналогичное уравнение будет справедливо и для протона – другой известной на тот момент элементарной частицы[44] – и что это станет приговором для теоретической физики. Но планы ученых в очередной раз были нарушены: состоялось открытие нейтрона и ядерных сил. Впрочем, я считаю, что все же есть некоторые основания для осторожного оптимизма, что наши поиски фундаментальных законов природы, возможно, вскоре увенчаются успехом.

В предыдущих главах я рассказал об общей теории относительности, частной теории гравитации, а также о частных теориях слабого, сильного и электромагнитного взаимодействий. Последние три можно объединить в рамках так называемых теорий великого объединения (англ. Grand Unified Theories; GUT), которые пока несовершенны: они не учитывают гравитацию и содержат ряд параметров, например отношения масс различных частиц, численные значения которых нельзя предсказать в рамках самой теории, а приходится подбирать, исходя из экспериментальных данных. Главная проблема теории, объединяющей тяготение с другими видами взаимодействий, в том, что общая теория относительности – это классическая теория; она не принимает во внимание принцип неопределенности квантовой механики. При этом другие частные теории существенно зависят от квантовой механики. Следовательно, на первом этапе необходимо интегрировать принцип неопределенности в общую теорию относительности. Как мы уже видели, такое сочетание имеет замечательные следствия, например, что черные дыры совсем не черные, что во Вселенной нет сингулярностей, что она полностью самодостаточна и не имеет границ. Как мы выяснили в седьмой главе, сложность в том, что в соответствии с принципом неопределенности даже «пустое» пространство заполнено парами виртуальных частиц и античастиц. Суммарная энергия этих пар должна быть бесконечна и, следовательно, как указывает знаменитое уравнение Эйнштейна E = mc2, их масса тоже должна быть бесконечной. Таким образом, их сила тяготения должна свернуть Вселенную до бесконечно малого размера.

Аналогичные, кажущиеся нелепыми бесконечности [расходимости] появляются и в других частных теориях, но во всех случаях они устраняются при помощи так называемой перенормировки. В ее рамках одни бесконечности нейтрализуются введением других. Хотя эта методика может показаться сомнительной с математической точки зрения, она, похоже, работает: перенормировка используется в упомянутых теориях и позволяет получать предсказания, которые с удивительной точностью согласуются с наблюдениями. Но если мы желаем рассматривать перенормировку как инструмент для построения полной единой теории, нам придется признать, что у нее есть серьезный недостаток: реальные значения масс и величин сил нельзя предсказать в рамках теории – их приходится подбирать, исходя из результатов наблюдений.

При попытке включить принцип неопределенности в общую теорию относительности в нашем распоряжении оказываются только два свободных параметра: сила тяготения и значение космологической постоянной. Но регулировки только этих двух параметров недостаточно, чтобы устранить все бесконечности. Поэтому нам приходится мириться с теорией, которая предсказывает, что некоторые величины, например кривизна пространства-времени, в действительности бесконечны, но при этом могут быть измерены и, согласно измерениям, оказываются совершенно конечными! Какое-то время назад ученые уже заподозрили, что попытки соединить общую теорию относительности и принцип неопределенности могут встретить такое препятствие, но окончательно этот вывод был подтвержден подробными расчетами лишь в 1972 году. Спустя четыре года было предложено решение – так называемая супергравитация. Идея состояла в сочетании частиц со спином 2 – гравитонов, носителей гравитационного взаимодействия – с некоторыми другими частицами со спином 3/₂, 1, 1/₂ и 0. В некотором смысле все эти частицы могли рассматриваться как разновидности одной и той же «суперчастицы», тем самым обеспечивая объединение частиц вещества со спином 1/₂ и 3/₂ и частиц-носителей взаимодействий со спином 0, 1 и 2. Виртуальные пары частица-античастица со спином 1/₂ или 3/₂ имеют отрицательную энергию и, таким образом, они, как правило, компенсируют положительную энергию виртуальных пар со спином 2, 1 и 0. То есть множество возможных бесконечностей сокращается, но некоторые, по-видимому, все же сохраняются. К сожалению, расчеты, необходимые, чтобы установить, остались ли в супергравитации «несокращенные» бесконечности, оказались настолько громоздкими, что никто не был готов выполнить их. Даже чтобы выполнить все вычисления на компьютере, потребуется не менее четырех лет, и при этом, вероятнее всего, не удастся избежать ошибки – хотя бы одной, или даже нескольких. Так что мы сможем быть уверенными в правильности ответа, только если кто-нибудь повторит расчеты и получит тот же результат, а это не очень-то вероятно!

Несмотря на эти проблемы и на то, что частицы в теориях супергравитации не похожи на наблюдаемые частицы, большинство ученых считали, что супергравитация – это все же верный путь, который в перспективе приведет к объединению гравитации с другими силами. Но в 1984 году симпатии научного сообщества замечательным образом изменились: многие стали склоняться в пользу теории струн. Базовыми сущностями в ней являются не частицы – суть точки в пространстве, – а объекты, имеющие длину, но не имеющие других измерений, подобно бесконечно тонкому отрезку струны. У них могут быть концы (так называемые открытые струны), но они могут замыкаться сами на себя, образуя петли (замкнутые струны) (рис. 11.1 и 11.2). В любой момент времени частица занимает в пространстве одну точку, и ее историю можно представить в виде линии в пространстве-времени («мировой линии»). В отличие от нее, струна в каждый момент времени представляет собой линию в пространстве. Так что ее история в пространстве-времени выглядит как двумерная поверхность, так называемый мировой лист. (Любая точка на таком мировом листе задается двумя числами: одно из них определяет время, а другое – положение точки на струне.) Мировой лист открытой струны имеет вид ленты – ее края обозначают пути концов струны в пространстве-времени (рис. 11.1). Мировой лист замкнутой струны имеет вид цилиндра или трубы (рис. 11.2): в сечении трубы находится круг, который отображает положение струны в конкретный момент времени.

Рис. 11.1 и 11.2

Два отрезка струны могут соединиться, образуя единую струну; открытые струны могут соединяться своими концами (рис. 11.3), а в случае замкнутых струн схема напоминает соединяющиеся штанины брюк (рис. 11.4). Аналогичным образом отрезок струны может разделиться на два. В теориях струн то, что раньше принимали за различные точечные частицы, рассматривается как волны на струне, подобные колебаниям леера воздушного змея. Поглощению одной частицы другой частицей или излучению их соответствует соединение двух струн в одну или разделение струны на две части. Например, в теориях частиц считается, что сила притяжения, действующая на Землю со стороны Солнца, вызвана излучением гравитонов частицами вещества на Солнце и их поглощением частицами вещества на Земле (рис. 11.5). В теории струн этот процесс соответствует Н-образной трубе (рис. 11.6) (теория струн чем-то похожа на ремесло сантехника). Две вертикальные черты буквы «Н» соответствуют частицам на Солнце и на Земле, а соединяющая их горизонтальная черта соответствует гравитону, который движется между ними.

Рис. 11.3

Рис. 11.4

Рис. 11.5 и 11.6

История теории струн весьма любопытна. Она впервые была озвучена в конце 60-х годов прошлого века и стала плодом попыток создать теорию сильного взаимодействия. Авторы теории предлагали рассматривать такие частицы, как протон и нейтрон, как колебания струны. Сильное взаимодействие между частицами иллюстрирует переплетение струн, как в паутине. Чтобы теория давала наблюдаемую величину для сильного взаимодействия, струны должны напоминать резиновые ленты, которые удерживают груз в 10 тонн.

В 1974 году Жоэль Шерк из Высшей нормальной школы в Париже и Джон Шварц из Калифорнийского технологического института опубликовали статью, в которой показали, что теория струн способна описать природу гравитационных сил, но при куда большем натяжении струн – около тысячи миллионов миллионов миллионов миллионов миллионов миллионов (единица с тридцатью девятью нулями) тонн. На нормальных масштабах предсказания теории струн не отличаются от предсказаний общей теории относительности, а различия проявляются на очень малых расстояниях, в тысячу миллионов миллионов миллионов миллионов миллионов раз меньше сантиметра (сантиметр, деленный на число, равное единице с тридцатью тремя нулями). Но работа эта не привлекла особого внимания: как раз в это время большинство физиков потеряли интерес к первоначальной струнной теории сильного взаимодействия, увлекшись построениями, основанными на гипотезе о существовании кварков и глюонов, которая, похоже, лучше согласовывалась с наблюдениями. Шерк трагически погиб (он страдал от диабета и впал в кому, когда некому было сделать ему инъекцию инсулина), так что Шварц остался практически единственным сторонником теории струн. Правда, он исходил из куда большего их натяжения.

В 1984 году интерес к теории струн оживился, по-видимому, по двум причинам. Во-первых, не наблюдалось сколько-нибудь значительного прогресса в исследованиях, призванных доказать конечность супергравитации или ее способность объяснить наблюдаемые типы частиц. Во-вторых, Джон Шварц совместно с Майком Грином из Колледжа королевы Марии в Лондоне опубликовали статью, где показали, что теория струн может объяснить существование частиц со встроенной «леворукостью», подобной той, что присуща некоторым наблюдаемым частицам. Так или иначе, множество исследователей стали развивать теорию струн, и вскоре был создан новый ее вариант, в основе которого лежит предположение о гетеротических струнах. Он, как казалось, мог объяснить типы частиц, которые мы наблюдаем.

В теориях струн тоже возникают бесконечности, но считается, что в версии теории, сходной с той, что рассматривает гетеротические струны, все они сократятся (правда, пока это не известно наверняка). Но у теорий струн есть более серьезная проблема: похоже, что они непротиворечивы, только если пространство-время имеет или десять, или двадцать шесть измерений вместо обычных четырех! Конечно, дополнительные измерения пространства-времени – обычное дело в научной фантастике – это идеальный способ обойти обычное ограничение общей теории относительности, которая не допускает движения со скоростью, превышающей световую, а также движения назад во времени (см. десятую главу). Идея состоит в том, чтобы пройти коротким путем через дополнительные измерения. Это можно вообразить следующим образом. Представьте себе, что мы живем в пространстве с двумя измерениями, которое искривлено наподобие поверхности спасательного круга или тора (рис. 11.7). Если вы находитесь на одной стороне внутреннего края кольца и хотите перебраться в точку на другой стороне, вам придется двигаться по кругу вдоль внутреннего края. Но если вы способны двигаться также и в третьем измерении, то сможете выйти за пределы кольца и пройти в пункт назначения прямо через центр кольца.

Рис. 11.7

Почему мы не замечаем эти дополнительные измерения, если они реально существуют? Почему мы воспринимаем только три пространственных измерения и время? Согласно предположениям, все дело в том, что остальные измерения свернуты в пространстве до очень малого размера – примерно трех миллионно-миллионно-миллионно-миллионных долей сантиметра. Это так мало, что мы просто не замечаем их: мы воспринимаем только одно временное и три пространственных измерения, в которых пространство-время выглядит довольно плоским. Оно похоже на поверхность соломинки. Если посмотреть на нее вблизи, то видно, что поверхность двумерна (положение точки на соломинке задается двумя числами – расстоянием вдоль соломинки и расстоянием вдоль кругового измерения). Но если взглянуть на соломинку издалека, то ее толщина незаметна и соломинка выглядит одномерной (положение точки на ней задается всего лишь расстоянием вдоль соломинки). Точно так же дело обстоит и с пространством-временем: на очень малых масштабах оно десятимерно и сильно искривлено, а на больших масштабах эта кривизна и дополнительные измерения незаметны. Если эта картина верна, то она не сулит ничего хорошего путешественниками во времени: дополнительные измерения слишком малы, чтобы через них мог пройти космический корабль. Правда, возникает еще одна большая проблема: непонятно, почему некоторые измерения свернуты в мельчайший шар, а некоторые – нет. По-видимому, в ранней Вселенной все измерения были сильно искривлены. Но почему же одно временное и три пространственных измерения выпрямились, а остальные остались плотно свернутыми?

Возможное решение – обращение к антропному принципу. Двух пространственных измерений, по-видимому, недостаточно, чтобы обеспечить возможность зарождения таких сложных существ, как мы. Например, двумерным животным, живущим на одномерной Земле, пришлось бы перелезать друг через друга, чтобы разойтись. А съев что-нибудь, двумерное существо не смогло бы полностью переварить это, и ему пришлось бы выводить остатки еды тем же путем, которым еда попала внутрь, потому что если бы у двумерного существа был сквозной проход через тело, оно разделилось бы на две половины – попросту распалось бы надвое (рис. 11.8). Трудно также представить себе кровообращение в двумерном организме.

Рис. 11.8

Проблемы возникнут также в случае наличия более трех пространственных измерений. Так, сила гравитационного притяжения между двумя телами уменьшалась бы с увеличением расстояния быстрее, чем в трехмерном пространстве. (В трех измерениях при увеличении расстояния вдвое сила притяжения уменьшается в четыре раза. В четырехмерном пространстве сила уменьшится в восемь раз, в пятимерном – в шестнадцать, и т. д.). Эти различия важны, потому что орбиты планет вокруг Солнца – например, орбита Земли – оказываются неустойчивыми: из-за малейшего возмущения круговой орбиты (например, вызванного силой притяжения других планет) Земля начнет двигаться по спирали от Солнца или к Солнцу. А потому мы либо замерзнем, либо сгорим. В действительности такая зависимость силы тяготения от расстояния в пространстве с более чем тремя пространственными измерениями означает, что Солнце не смогло бы существовать в устойчивом состоянии при равновесии между давлением и силой тяжести. Солнце либо распалось, либо коллапсировало бы в черную дыру. В любом случае оно не смогло бы служить источником тепла и света для жизни на Земле. На меньших масштабах электрическая сила, которая удерживает электроны на орбитах вокруг атомного ядра, зависела бы от расстояния так же, как и гравитационная сила. Следовательно, электроны либо покинули бы атом окончательно, либо, двигаясь по спирали, упали бы на атомное ядро. В любом случае атомов в привычном нам понимании не было бы.

Похоже, стало ясно, что жизнь (во всяком случае в том виде, в каком мы ее знаем) может существовать только в таких областях пространства-времени, где одно временно́е и ровно три пространственных измерения не свернуты до малого размера. В этих обстоятельствах можно обратиться к слабому антропному принципу, если удастся доказать, что теория струн как минимум допускает существование таких областей во Вселенной – и, похоже, это действительно так. Во Вселенной вполне могут иметься и другие области, равно как могут существовать и другие вселенные (что бы это ни значило), где все измерения свернуты до малого размера или где насчитывается более четырех почти плоских измерений. Но в таких областях и в таких вселенных не будет разумных существ, которые могли бы наблюдать другое количество эффективных измерений.

Другая проблема состоит в том, что существуют как минимум четыре различные теории струн (одна теория открытых струн и три теории замкнутых струн) и миллионы способов сворачивания лишних измерений, предсказываемых такими теориями. На каком основании следует выбрать ту или иную теорию и способ сворачивания? Одно время казалось, что на этот вопрос нет ответа, и прогресс остановился. Потом, начиная примерно с 1994 года, ученые стали обнаруживать так называемые дуальности: разные теории струн и разные способы сворачивания лишних измерений могли приводить к одинаковым результатам в четырех измерениях. К тому же кроме частиц, занимающих одну точку в пространстве, и струн, представляющих собой линейные объекты, были обнаружены и другие сущности под названием p-браны – двумерные объекты и объекты с бо́льшим числом пространственных измерений. (Частицу можно рассматривать как 0-брану, а струну – как 1-брану, но есть также p-браны с числом измерений от p = 2 до p = 9.) Это, похоже, свидетельствует о демократичном характере отношений между теорией супергравитации, теорией струн и теорией p-бран: они, по-видимому, согласуются друг с другом, но при этом ни одна из них не может считаться более фундаментальной, чем другие. Похоже, все они представляют собой разные приближения к некоей более фундаментальной теории, причем применимые в разных ситуациях.

Ученые продолжают поиски этой теории, но пока без особого успеха. Правда, я считаю, что единой формулировки фундаментальной теории, может быть, вообще не существует; но оснований для такого утверждения у меня не более, чем у Гёделя, показавшего, что невозможно построить арифметику на базе одного набора аксиом. Возможно, здесь действует тот же принцип, что и в картографии: нельзя изобразить поверхность земного шара или поверхность бублика на одной плоской карте – для Земли понадобятся как минимум две, а для бублика – четыре карты, чтобы отобразить все точки. Каждая карта годится только для ограниченной области, но все они где-то перекрывают друг друга. Набор карт гарантирует полное описание поверхности. Быть может, так же нужно действовать и физикам – в разных ситуациях использовать разные формулировки, но при этом две разные формулировки должны находиться в согласии в той области, где обе они применимы. Полный набор разных формулировок может рассматриваться как полная единая теория, хотя она и не может быть выражена при помощи единого набора постулатов.

Но может ли и вправду существовать такая единая теория? Может, мы просто гонимся за миражом? По-видимому, есть три возможности.

1. Полная единая теория (или набор перекрывающих друг друга формулировок) действительно существует, и в один прекрасный день мы построим ее, если достаточно умны.

2. Безусловной единой теории Вселенной не существует, есть лишь бесконечная последовательность теорий, которые описывают Вселенную с возрастающей точностью.

3. Теории Вселенной вообще не существует: невозможно предсказать события точнее некоторого уровня, они случайны и произвольны.

Некоторые станут отстаивать третью точку зрения на тех основаниях, что наличие полного набора законов природы было бы посягательством на право Бога передумать и вмешаться в мировой ход событий. Это напоминает о старом парадоксе: может ли Бог создать камень, который сам не в силах поднять? Идея о том, что Бог может передумать, – пример ошибки в рассуждениях, на которую указывал еще блаженный Августин: нелогично представлять, что Бог существует во времени, ведь время – это всего лишь свойство созданной Богом Вселенной. Бог, вероятно, знал, что затевает, когда творил ее!

Появление квантовой механики помогло осознать, что события невозможно предсказать с абсолютной точностью, что всегда есть некоторая доля неопределенности. Если хотите, можете отнести эту случайность на счет божественного вмешательства, правда, очень странного: нет никаких оснований подозревать, что у него была хоть какая-то цель. Действительно, если бы такое вмешательство имело место, оно по определению не могло бы быть случайным. В наше время мы полностью исключили третью возможность, пересмотрев цели науки. И главная цель состоит в том, чтобы сформулировать законы, которые позволят предсказывать события с точностью, допускаемой принципом неопределенности.

Вторая возможность – бесконечная последовательность все более совершенных теорий – пребывает в согласии с имеющимся на данный момент опытом. Во многих случаях повышение чувствительности измерений или выполнение наблюдений нового типа приводило к открытию новых явлений, которые не могли быть предсказаны в рамках существующей теории, и для учета этих явлений приходилось создавать новую, более точную теорию. Поэтому неудивительно, если современные теории великого объединения окажутся ошибочными: они постулируют, что между энергией объединения электрослабого взаимодействия, составляющей около 100 ГэВ, и энергией великого объединения, равной примерно миллиону миллиардов [одному квадриллиону] ГэВ, ничего существенного не происходит. Вполне можно ожидать открытия нескольких новых структурных уровней, более фундаментальных, чем кварки и электроны, которые мы сейчас принимаем за «элементарные» частицы.

Но похоже, что гравитация устанавливает предел этой череде «матрешек». Если бы существовала частица с энергией больше так называемой планковской энергии – 10 миллионов миллионов миллионов (единица с девятнадцатью нулями) ГэВ, то ее масса оказалась бы настолько концентрированной, что частица эта отрезала бы себя от остальной Вселенной, образовав микроскопическую черную дыру. Так что, по-видимому, у последовательности все более совершенных теорий должен быть предел, и мы подойдем к нему, исследуя взаимодействия на все более высоких энергиях. А следовательно, некоторая окончательная теория Вселенной должна существовать. Конечно, энергии около сотни ГэВ (тот максимум, который мы можем обеспечить в современных лабораторных экспериментах) далеко отстоят от планковской энергии. Ускорители частиц не позволят преодолеть эту пропасть в обозримом будущем! Между тем события с такими энергиями разворачивались на самых ранних этапах эволюции Вселенной. Думаю, есть все основания надеяться, что исследования ранней Вселенной в совокупности с требованиями математической непротиворечивости позволят создать полную единую теорию еще при жизни некоторых из наших современников. Конечно, если мы не уничтожим себя до того!

Что может означать создание окончательной теории Вселенной? Как мы уже выяснили в первой главе, мы никогда не сможем окончательно убедиться в правильности наших построений, поскольку нельзя получить доказательств. Но если теория непротиворечива с точки зрения математики и все ее предсказания согласуются с наблюдениями, то можно считать ее правильной с некоторой уверенностью. Это ознаменует конец долгой и славной эпохи в истории человечества, отмеченной отчаянными попытками умом объять Вселенную. Создание такой теории также коренным образом изменит представления обычных людей о законах, которые управляют космосом. Во времена Ньютона образованный человек мог получить представление обо всем объеме человеческих знаний, во всяком случае, в общих чертах. Но с тех пор прогресс науки ускорился настолько, что это стало невозможным. Теории постоянно корректируют, чтобы «совместить» их с результатами наблюдений, и поэтому ученые не успевают переосмыслить и упростить новые соображения, чтобы они стали понятными для обычных людей. Нужно быть специалистом, но даже и он может в полной мере осознать лишь небольшую часть научных теорий. К тому же наука развивается столь стремительно, что полученные в школе и университете знания довольно быстро устаревают. Немногие способны поспевать за удаляющимся передним краем познания, а потому большинству ученых приходится посвящать все свое время исследованиям в небольшой научной области. Все прочие имеют очень невнятное представление об их достижениях и том трепете, который они вызывают. С другой стороны, если верить Эддингтону, 70 лет назад лишь два человека понимали общую теорию относительности. Теперь она доступна десяткам тысяч выпускников университетов, и миллионы людей могут сказать, что по крайней мере знакомы с ней. Если полная единая теория будет построена, то ее упрощенное, популярное изложение, которое включат – хотя бы в общих чертах – в школьную программу – это всего лишь вопрос времени. И тогда мы все сможем судить о законах, управляющих Вселенной и ответственных за само наше существование.

Но даже если полная единая теория будет создана, это не значит, что мы в целом сможем предсказывать события. Причин на то две. Во-первых, это ограничения, которые накладывает квантово-механический принцип неопределенности на нашу способность предсказывать. Обойти его невозможно. Но на практике первое ограничение даже не такое сильное, как второе: мы, скорее всего, не сможем получить точные результаты для уравнений единой теории, за исключением самых простых случаев. (Мы не в состоянии даже выполнить точный расчет движения трех тел в ньютоновской теории тяготения, и сложность задачи растет с увеличением числа задействованных тел и сложности теории.) Мы уже знаем законы, которые управляют поведением вещества во всех условиях, кроме экстремальных. В частности, мы знаем фундаментальные законы, лежащие в основе химии и биологии. И при этом мы пока не можем считать все проблемы в этих областях науки решенными: у нас не очень-то получается предсказывать человеческое поведение на основании математических уравнений! А потому, даже если мы и выведем все фундаментальные законы, потребуется много лет, чтобы справиться с труднейшей интеллектуальной задачей – разработать более совершенные методы аппроксимации, которые позволят делать эффективные предсказания вероятных исходов в сложных реальных ситуациях. Полная непротиворечивая единая теория – это всего лишь первый шаг. Наша цель – полное понимание мира вокруг нас и нашего собственного существования.

Глава двенадцатая. Заключение

Мы живем в ошеломляющем мире. Мы хотим понять смысл того, что видим вокруг себя, и спросить: какова природа Вселенной? каково наше место в ней? откуда она и мы появились? почему все именно таково, каково есть?

В попытке ответить на эти вопросы мы принимаем некую «картину мироздания». Это может быть бесконечная башня из черепах, на которой покоится плоская Земля, а может быть и теория суперструн. Все это теории Вселенной, правда, вторая описана при помощи математических уравнений, она более точная, чем первая. Ни одну из них однако не подкрепляют данные наблюдений: никто никогда не видел гигантской черепахи, несущей на спине Землю, равно как никто не видел и суперструн. И все же «черепаховую» версию нельзя считать хорошей научной теорией, потому что она предрекает, что кто-то таки может упасть с края света. Это не подтверждается нашим опытом, если, конечно, мы не собираемся таким образом объяснить исчезновения людей в Бермудском треугольнике!

Самые ранние попытки теоретически описать и осознать Вселенную основывались на том представлении, что событиями и явлениями природы управляют духи, наделенные человеческой способностью чувствовать и поступающие совсем как люди – непредсказуемо. Эти духи населяли природу – реки, горы и небесные тела, включая Солнце и Луну. Их полагалось ублажать, и люди стремились добиться их расположения, чтобы были плодородными почвы, времена года сменяли друг друга. Но постепенно люди стали подмечать некоторые закономерности: Солнце всегда встает на востоке и заходит на западе независимо от того, принесли жертвы богу Солнца или нет. Оказалось также, что Солнце, Луна и планеты движутся по заданным «колеям» на небе и что их путь можно предсказать заранее, причем весьма точно. Солнце и Луна все еще могли оставаться божествами, но теперь они подчинялись строгим законам и, по-видимому, без каких бы то ни было исключений, если не принимать во внимание полумифических историй, вроде той об Иисусе Навине, который остановил Солнце.

Сначала эти закономерности и законы подметили астрономы, очевидны они были и в небольшом числе других ситуаций. Но с развитием цивилизации, а в особенности на протяжении последних трех столетий, количество выявленных закономерностей постоянно увеличивалось. На волне успехов, достигнутых с помощью этих законов, Пьер-Симон Лаплас в начале XIX века выдвинул постулат научного детерминизма – предположил существование набора законов, которые позволяют абсолютно точно описать эволюцию Вселенной при условии, что известна ее конфигурация в какой-либо момент времени.

Детерминизм Лапласа был неполным в двух отношениях: он не объяснял, как следует выбирать законы природы, и не задавал начальную конфигурацию Вселенной. Два этих аспекта оставались прерогативой Бога. Творец решил, как должна начаться Вселенная, и определил законы, которым она должна подчиняться. При этом Он не вмешивался в дальнейший ход событий. В сущности, участие Бога ограничивалось сферами, которые находились вне пределов понимания науки XIX века.

Теперь мы знаем, что надеждам Лапласа построить детерминистскую картину мира – во всяком случае, в том виде, в каком он ее замыслил, – не суждено было сбыться. Принцип неопределенности квантовой механики постулирует, что некоторые пары величин, как, например, положение частицы и ее скорость, невозможно предсказать с абсолютной точностью. В квантовой механике эта ситуация разрешается посредством класса квантовых теорий, согласно которым частицы представляют собой волны, то есть не имеют четких положения и скорости. Эти квантовые теории детерминистичны в том смысле, что устанавливают законы эволюции волн со временем. Так, если нам известно состояние волны в некий момент времени, мы можем вычислить ее состояние в любой другой момент. Элемент непредсказуемости и случайности появляется только при интерпретации волны в терминах положений и скоростей частиц. Но, возможно, это как раз наша ошибка и никаких положений и скоростей частиц не существует, есть только волны. И проблема просто-напросто в том, что мы пытаемся «втиснуть» их в наши устоявшиеся представления, отталкивающиеся от положений и скоростей. То есть возникающая непредсказуемость есть результат несоответствия наших представлений о реальности.

Мы, в сущности, пересмотрели назначение науки – ей предписывается открывать законы, которые позволят предсказывать события с точностью, допускаемой принципом неопределенности. Однако остается открытым вопрос: как и почему были выбраны именно эти законы и именно это начальное состояние Вселенной?

В этой книге я особенно много внимания уделяю законам, управляющим тяготением, потому что именно оно определяет крупномасштабную структуру Вселенной. Хотя это и самое слабое из четырех видов взаимодействий. Законы тяготения оказались несовместимы с господствовавшим вплоть до недавнего времени представлением о том, что Вселенная не меняется во времени: под действием тяготения тела всегда притягиваются друг к другу, а значит, Вселенная либо расширяется, либо сжимается. Согласно общей теории относительности в некий момент в прошлом Вселенная должна была пребывать в состоянии с бесконечной плотностью, – это Большой взрыв, суть начало времен. Аналогично, если Вселенной предстоит сжаться, то в будущем она должна прийти в другое состояние с бесконечной плотностью – так называемое Большое сжатие, которое станет концом времен. Даже если Вселенной не суждено сжаться, в некоторых ее областях все равно будут находиться сингулярности – там, где произошел коллапс с образованием черной дыры. Эти сингулярности обозначают конец времени для любого, кто упал в черную дыру. И в момент Большого взрыва, и внутри других сингулярностей все законы природы перестают действовать: Бог волен определять ход событий и выбирать точку отсчета для Вселенной.

Сочетание квантовой механики с общей теорией относительности, похоже, открывает новую возможность, которой не было до сих пор: пространство и время могут совместно образовать конечное четырехмерное пространство-время без сингулярностей и границ, подобное поверхности Земли, но с бо́льшим числом измерений. Не исключено, что эта идея в состоянии объяснить многие из наблюдаемых свойств Вселенной, такие как однородность на больших масштабах и неоднородности на меньших масштабах – например, галактики, звезды и даже люди. Она может даже объяснить стрелу времени, которую мы наблюдаем. Но если Вселенная полностью самодостаточна, не имеет ни сингулярностей, ни границ и полностью описывается единой теорией, то это имеет глубокие последствия для роли Бога как Творца.

Эйнштейн однажды спросил: «Был ли у Бога выбор, когда он создавал Вселенную?» Если гипотеза об отсутствии у Вселенной границ верна, то у Бога не было никакой свободы выбора начальных условий. Бог, конечно, был волен выбирать законы, которым подчиняется Вселенная. Но это, вообще говоря, не очень-то можно назвать выбором; вполне возможно, что существует всего одна или несколько полных непротиворечивых единых теорий, например гетеротическая теория струн, допускающих существование структур настолько сложных, как человеческие существа, способные познавать законы Вселенной и задаваться вопросом о природе Бога.

Даже если есть всего одна возможная единая теория, это всего лишь набор правил и уравнений. Что же вдыхает жизнь в уравнения, из чего рождается Вселенная, которую они описывают? Традиционный научный подход, который состоит в создании математической модели, не может ответить на целый ряд вопросов: почему вообще должна существовать описываемая моделью вселенная? почему Вселенная вообще существует? действительно ли единая теория сама есть причина своего существования? или ей требуется творец? А если так, то оказывает ли он еще какое бы то ни было влияние на Вселенную? и кто создал творца?

До сих пор большинство ученых были слишком заняты построением новых теорий, должных указать, что есть Вселенная, и им совсем некогда было задуматься над вопросом, почему она именно такова. С другой стороны, те, кто должен был смотреть на проблему именно с этого угла, то есть философы, не могли поспеть за прогрессом научных теорий. В XVIII веке философы почитали все знания, включая научные, относящимися к сфере их компетенции и рассуждали о том, было ли у Вселенной начало. Но в XIX и XX веке наука стала слишком сложной для философов – и технически, и математически, – да и для всех, кроме немногих специалистов. Философы так ограничили круг своих интересов, что Людвиг Витгенштейн – самый известный философ XX века – сказал как-то: «Единственное, что остается философии, – это изучение языка». Вот уж действительно, куда все скатилось – от некогда великой традиции, от Аристотеля до Канта!

Но если мы все же построим полную теорию, то она со временем должна стать понятна – если не касаться частностей – всем, не только ученым. И тогда мы – философы, ученые и обычные люди – сможем принять участие в дискуссии о том, почему существует Вселенная и почему существуем мы сами. Если мы найдем ответ на этот вопрос, это ознаменует триумф человеческого разума: ведь мы поймем, чего хочет Бог.

Альберт Эйнштейн

Связь Эйнштейна с политикой, а в частности с созданием атомной бомбы, хорошо известна: он подписал знаменитое обращение к президенту Франклину Рузвельту, призывающее руководство Соединенных Штатов серьезно отнестись к этой идее. После Второй мировой войны ученый также прилагал активные усилия по недопущению ядерной войны. Но то были не отдельные меры и поступки человека науки, втянутого в политику. Вся жизнь Эйнштейна, по его собственным словам, «разделилась между политикой и уравнениями».

Эйнштейн всерьез обеспокоился политической ситуацией еще во время Первой мировой войны, когда занимал должность профессора в Берлине. Ужаснувшись, что люди тратят жизни на столь бессмысленные вещи, он стал участвовать в антивоенных демонстрациях. Его одобрение гражданского неповиновения и публичная поддержка тех, кто уклонялся от призыва, не очень-то способствовали хорошему отношению со стороны коллег. Уже после войны он направил свои усилия на примирение сторон и улучшение международных отношений. И так Эйнштейн тоже не снискал популярности. Более того, вскоре из-за его взглядов ему стало сложно выезжать в США, даже если целью визита были академические лекции.

Вторым по важности для Эйнштейна был сионизм. Несмотря на свое еврейское происхождение, Эйнштейн отвергал библейское представление о Боге. Но под все нарастающей угрозой антисемитизма до, во время и после Первой мировой войны Эйнштейн постепенно стал ощущать себя частью еврейского народа и впоследствии стал решительным защитником идей сионизма. Он открыто высказывался и на эту тему, хотя многим это было не по душе. Его теории пытались оспорить, была даже создана «антиэйнштейновская» организация. Имел место случай, когда некто был осужден за подстрекательство к убийству Эйнштейна (и наказан штрафом в жалкие шесть долларов). Но Эйнштейн сохранял невозмутимость. В ответ на публикацию книги «Сто авторов против Эйнштейна» он сказал: «Если бы я был неправ, то достаточно было бы и одного!»

В 1933 году к власти пришел Гитлер. Тогда Эйнштейн находился в Америке и объявил, что не намерен возвращаться в Германию. Нацистская полиция пришла с обыском в его дом и заблокировала его банковский счет. В одной из берлинских газет тогда вышла статья с заголовком: «Хорошие новости от Эйнштейна – он не вернется». Перед лицом нацистской угрозы Эйнштейн отступил от пацифизма и, опасаясь, что немецкие ученые смогут создать ядерную бомбу, предложил правительству Соединенных Штатов заняться разработкой собственного ядерного оружия. Однако Эйнштейн публично предупреждал об опасностях ядерной войны и настаивал на международном контроле над ядерными арсеналами еще до того, как взорвалась первая атомная бомба.

Миротворческие усилия Эйнштейна, по-видимому, не имели никаких далеко идущих последствий и, кроме прочего, лишили его поддержки многих современников. Впрочем, его гласная оборона сионизма была должным образом вознаграждена в 1952 году: ученому предложили пост президента Израиля. Эйнштейн отказался, сославшись на то, что он слишком неопытный политик. Но похоже, что в действительности причина была иной. По словам физика, для него важнее были уравнения, «потому что политика – для настоящего, а уравнения – для вечности».

Галилео Галилей

Галилею, пожалуй, больше, чем кому бы то ни было другому, мы обязаны рождением современной науки. Известный конфликт с католической церковью как нельзя лучше характеризует его мировоззрение: ученый был первым, кто высказал мысль о том, что человек в состоянии понять устройство мира, и более того, это возможно благодаря одному только наблюдению за окружающими явлениями.

Галилей с самого начала был убежденным сторонником теории Коперника (о том, что планеты обращаются вокруг Солнца), но публично поддержал ее, только получив необходимые доказательства. Он писал о коперниканской модели на итальянском языке (а не на принятой в научном сообществе латыни), и вскоре его взгляды получили широкую поддержку за пределами университетов. Это вызвало раздражение у профессоров-последователей Аристотеля, они объединились против Галилея и постарались убедить католическую церковь запретить гелиоцентрическую теорию.

Обеспокоенный этим Галилей отправился в Рим, чтобы обратиться к церковным иерархам. Он заявил, что когда речь идет о научных теориях, не следует уповать на Библию, а в случаях, когда библейский текст противоречит здравому смыслу, принято наделять его аллегорическим смыслом. Но церковь опасалась, что скандал может подорвать ее позиции в борьбе с протестантизмом, и поэтому перешла к репрессиям. В 1616 году учение Коперника провозгласили «ложным и ошибочным», а Галилею было велено никогда больше не выступать в его защиту и отступить от него. Галилей покорился.

В 1623 году давний друг Галилея стал римским папой, и Галилей сразу же попытался добиться отмены декрета 1616 года. Он потерпел неудачу. Однако ему разрешили написать книгу-рассуждение о теориях Аристотеля и Коперника – при соблюдении двух условий: 1) автор не должен поддерживать ни одну из точек зрения и 2) выводом должно служить то утверждение, что человеку не дано понять, как устроен мир, поскольку Бог мог создать в точности такие же явления и законы недоступными разумению человека способом, и посему человек не может ограничить всемогущество Бога.

Книга «Диалог о двух главнейших системах мира» была завершена и опубликована в 1632 году, получив полное одобрение цензоров. Вскоре она была признана литературным и философским шедевром по всей Европе. Папа, осознав, что люди воспринимают работу Галилея как убедительный довод в пользу теории Коперника, пожалел о том, что разрешил опубликовать ее. Он заявил, что хотя книга получила церковное благословение, Галилей все же нарушил декрет 1616 года. Он предал Галилея суду инквизиции, которая приговорила ученого к пожизненному домашнему аресту и потребовала публично отказаться от учения Коперника. Галилей в очередной раз покорился.