24 мая 2000 года

Алексрома

КРАТКОЕ ВВЕДЕНИЕ В КУРС КОСМИЧЕСКОГО АКУШЕРСТВА

  С того времени, как появилась религиозная концепция сотворения мира, мыслителей занимал вопрос: что делал Бог до того, как приступил к своему творению? В четвертом веке нашей эры Св. Августин ответил на этот вопрос во вполне современном стиле: до сотворения мира не было времени, а значит, не было "до" и "после". Если исходить из общей теории относительности, показывающей связь пространства и времени с материей и энергией, вопрос "что было до Большого взрыва?" не имеет физического смысла: неминуемый ответ - все, что могло быть, существовало в виде единой сверхплотной субстанции, которую даже теоретически невозможно разложить на составные части, а значит, и говорить не о чем.

  В последние десятилетия стали появляться теории, пытающиеся объединить теорию относительности с квантовой механикой, и эти теории позволяют заглянуть за нулевую отметку времени.

  В 1986 году космолог из Стэнфордского университета Андрей Линде (Andrei Linde) выдвинул теорию, согласно которой так называемый "Большой взрыв" - не более чем единичное явление в бесконечной цепной реакции, посредством которой Вселенная воспроизводит и модифицирует себя (в качестве наглядной аналогии можно использовать воспроизводство человека). По словам д-ра Линде, любая конкретная часть мега-вселенной может умереть, но вся вселенная в целом бессмертна. Как известно, наш космос представляет собой гомогенное (однородное) образование, но эта гомогенность была обусловлена взрывным расширением вселенной в первые наносекунды Большого взрыва. Если следующий Большой взрыв будет хотя бы незначительно отличаться по своим параметрам от нашего родного, в результате появится новая вселенная, в которой космос при всей своей внутренней гомогенности будет отличаться от нашего. Таким образом, каждая вселенная в этой цепи преобразований может иметь свой собственный, отличный от других вселенных, набор физических законов и пространственно-временных параметров. Цепная реакция "больших взрывов" может продолжаться бесконечно и, возможно, происходит в настоящее время в какой-нибудь точке нашей вселенной, если не во всех сразу (мы этого можем не замечать, поскольку "взрывы" происходят за пределами нашего мира).

  Теоретическая мега-вселенная, получающаяся в результате бесконечного расширения за счет цепной реакции больших взрывов, настолько огромна, разнообразна и хаотична, что сам вопрос о ее происхождении опять теряет смысл: любую ее точку можно принять за отправную. Однако, все физики-теоретики, занимающиеся "космо-гинекологией", сходятся на том, что в любом случае первоначальному рождению вселенной должно было что-то предшествовать. Общепризнанный фаворит на место этого "что-то" - ничто.

  Существует целая наука, объясняющая появление "всего" из "ничего". Эта наука называется "квантовая космология". В 1927 году Вернер Гейзенберг сформулировал принцип квантовой неопределенности, согласно которому пустота никогда не может считаться в реальности "пустой", так как субатомные частицы могут спонтанно возникать в любой точке пространства и исчезать из нее за счет воздействия энергетических полей. На практике такие квантовые флуктуации наблюдаются в атомах, и предполагается, что во время Большого взрыва подобные флуктуации привели к возникновению "семян", вокруг которых впоследствии сформировались галактики. По выражению д-ра Линде, "ничто нестабильно". Таким образом, есть вероятность того, что наша вселенная возникла в результате квантовых флуктуаций в изначальном "ничто".

  Одна из самых ранних попыток научного представления пустоты была предпринята в 1965 году квантовыми физиками Джоном Вилером (John Weeler) и Брайсом ДеВиттом (Bryce DeWitt). Они вывели уравнение, объединившее в себе принципы общей теории относительности и постулаты квантовой механики. Эта формула, по сей день вызывающая яростные споры среди физиков, показывает ни много ни мало возможные варианты формы вселенной и расположения всего, что в ней находится (подробнее об этой формуле см. центральную полосу Веера N 3). Применение уравнения Вилера-ДеВита связано с концепцией "суперкосмоса" - математического множества всех возможных вселенных, начиная от "испещренных" черными дырами карликов-однодневок и заканчивая вечными ансамблями красных звезд. В квантовой механике электрон может быть представлен в виде размазанной по всему пространству частицы, которая собирается в одну точку только когда ее наблюдают или измеряют. Аналогично, представьте себе нашу вселенную размазанной по всему супер-космосу: только когда ее наблюдают, она приобретает определенный набор параметров и физических законов. Встает вопрос: если никто не может выйти за пределы вселенной, кто ее наблюдает? "Мы сами," - отвечает д-р Вилер. "Фокусирование" вселенной посредством квантовых процессов он опеределяет как "генезис через наблюдение".

  В одной из своих работ д-р Вилер писал: "Прошлое - это теория. Оно существует только в отпечатках настоящего. На микроскопическом уровне мы участвуем в создании этого прошлого, так же как и настоящего, и будущего". По всей видимости, речь здесь идет не о "созидательном труде" с киркой в руках, а о генезисе реальности через наше с ней взаимодействие, как физическое, так и умозрительное. (Аналогичные мысли можно найти в статье "Кошка Шредингера в прошлобудущем").

  Одна из популярных разновидностей теории Вилера - концепция множественности миров, согласно которой супер-космос существует не только в виде математических выкладок, но и в реальности. При этом человек населяет именно ту вселенную, условия которой наиболее подходят для его существования.

  Автор другой теории, Александр Виленкин из Сомервилла, Массачусетс, сравнивает вселенную с пузырем в кастрюле с кипящей водой. При кипении "выживают" и дальше растут только достаточно крупные пузыри, мелкие - "погибают". Подобно этому, в момент зарождения вселенная должна моментально перейти от нулевого размера (радиус вселенной равен нулю) к размерам, достаточным для ее дальнейшего расширения. То есть, вселенная должна "перескочить" через промежуточные стадии роста (в квантовой механике такой процесс называется "квантовым туннелированием").

  В то же время, известный астрофизик Стивен Хокинг полностью исключает "квантовый скачок" из своей концепции образования вселенной. Последние 20 лет он работает над теорией, которую он сам называет "безграничным предложением" (имеется в виду, что у вселенной нет границ). Один из ключевых элементов его модели - замена реального времени математической концепцией, известной под названием "воображаемое время". Этот прием часто используется при расчетах параметров черных дыр, но его применение в космологии весьма необычно и вызывает много споров. Вселенная по Хокингу (включая ее ранние стадии развития) предстает в виде конусообразной геометрической фигуры "инстантон", которая приобретает к концу Большого взрыва четыре пространственных измерения, а затем переходит в режим реального времени и продолжает расширяться. Примечательно здесь то, во вселенной-инстантоне все предопределено и расписано на будущее: реальное время выполняет здесь роль кинопроектора, оживляющего кадры, нанесенные на кинопленку. Однако, как показывают расчеты, вселенная в этой модели имеет гораздо меньшую плотность, чем реальная. Кроме всего прочего, физическое значение "воображаемого времени" далеко от ясности.

  По мнению космологов, подлинный прогресс в детальном описании рождения вселенной может наступить не раньше, чем появится единая теория квантовой гравитации, объединяющая общую теорию относительности с квантовой механикой - два взгляда на мир, между которыми уже около века идет философская и физико-математическая война.  В последние годы все большее число физиков пытаются прийти к единой теории мироздания через супер-струнную теорию, в соответствии с которой любую частицу можно представить как результат вибрации сверхмалых отрезков - струн или мембран - в десяти измерениях  (подробнее об этом - в первой части статьи "Хомо сапиенс в десяти измерениях"). По вытекающим из этой теории уравнениям, Большой взрыв предстает как противодействие коллапсу космоса до размеров меньше "струны".  Когда в 1989 году Роберт Бранденбергер (Robert Branderberger) и Кумрун Вафа (Cumrun Vafa) составили стринговые уравнения для космоса, уменьшающегося меньше определенного размера, расчеты показали, что в этом случае вселенная стремится к увеличению в размерах. По мнению этих ученых, Большой взрыв представляет собой в сущности не акт рождения, а некую постепенную трансформацию, которую можно сравнить с превращением льда в воду.

  Новейшая модификация супер-стринговой теории описывает вселенную как трехмерный остров (мембрану), дрейфующий в пятимерном пространстве, подобно тому как опавший лист скользит по поверхности пруда. Другие миры-мембраны могут плыть в пятимерном пространстве рядом с нашим миром на расстоянии не более миллиметра. При этом все элементарные частицы, а также три основные силы не выходят за пределы отдельных мембран, и только гравитация пронизывает все существующие мембраны, связывая их между собой силой взаимного притяжения. Согласно последним теоретическим изысканиям, получившим наименование "падение мембран" (brane fall), наш мир мог возникнуть в результате столкновения двух пустых холодных мембран, находящихся в состоянии квантовой неопределенности. По расчетам, когда между мембранами образуется определенный промежуток, они начинают стремиться ("падать") друг к другу. Каждая из этих мембран будет испытывать на себе воздействие гравитационного поля другой мембраны как энергетическое поле в своем собственной трехмерном пространстве, и это приведет к быстрому расширению мембран: они будут удваиваться в размере более тысячи раз за период своего сближения. При этом другие мембраны, находящиеся в зоне их расширения, испытают на себе коллапс и сокращение в размерах.  Когда две расширяющиеся мембраны, наконец, сталкиваются, за счет их высвобождающейся энергии вселенная разогревается и наполняется материей, что соответствует стандартной модели Большого взрыва.

  Совсем недавно - весной 2001 года - появились также теории, полностью исключающие расширение вселенной в результате Большого взрыва. В соответствии с первой из них вселенная получила название "экрипотической", от греческого слова "ekryposis" - термин из стоической философии, означающий тяжелую смерть и перерождение мира. В соответствии со второй, отпочковавшейся от первой, наш мир был наречен более скромно - "пиротехническим". Согласно этим теориям, в образовании нашей вселенной участвовали не две мембраны, а три. Когда две параллельные мембраны взаимно отдалились на критическое расстояние, на них "упала" третья - в процессе ее длительного прохождения через первые две мембраны квантовые флуктуации привели к образованию волн на ее поверхности, что, в свою очередь, косвенно привело к зарождению галактик. Как показали эти теории, вселенная могла начаться из длительно существующего квази-стабильного состояния, резко отличающегося от взрывного расширения.

  Теорий возникновения вселенной существует достаточно много, и ни одна из них не победит, пока не будет доказана на практике, но для  экспериментов по выявлению квантовой гравитации и, соответственно, по проверке  на практике струнной теории пока что не хватает мощностей ускорителей. Ясно только одно: при сохранении сложившихся условий число космогонических теорий будет неуклонно расти.

  Вдумчивое рассмотрение вышеизложенных теорий в их совокупности показывает, что все они выходят за рамки науки как таковой и покушаются на область философии. Происходит это в силу того, что в попытке объяснить возникновение вселенной ученые неминуемо вынуждены выходить за рамки существующей реальности в сферы первородной субстанции, находящейся вне пространства и времени, вне сознания и материи - по сути, вне категорий научного познания. В самом деле, большинство астрофизиков признают, что в их теоретических построениях незримо присутствует древняя философская дилемма "курица  или яйцо". Что появилось сначала - вселенная или закон, по которому она возникла? Если не было закона, как возникла вселенная? Если был закон, как он мог существовать в чистом виде?

  В конце XVIII века Иммануил Кант обобщил доказательства Бога, выдвинутые предшествующими мыслителями, в частности Платоном, Аристотелем и Фомой Аквинским, свел их в три группы - онтологические, космологические и телеологические - и блестяще опроверг с логических позиций, показав, что мы никогда не сможем "доказать Бога", не выходя за рамки существующей реальности, а когда мы выходим за ее рамки, мы становимся заложниками собственного субъективизма. И вот теперь, 200 лет спустя, видя перед собой физические теории, пытающиеся объяснить явления, лежащие за пределами нашего мира, мы не можем не задаться вопросом: не являются ли эти теории сами по себе доказательством Бога, если они дают нам представление о том, что было, когда не было ничего? (Но тут же, в соответствии с принципом нестабильности пустоты, встает вопрос о том, что такое "Бог", и мы вновь возвращаемся на 200 лет назад, поэтому этот вопрос лучше оставить для будущих поколений, которые придут через 200 лет после нас).

  Если ученые пытаются выдвинуть единую физическую теорию, почему бы нам, вслед за ними, не дерзнуть сформулировать единую теорию философскую? Для того, чтобы быть истинной, идея должна быть предельно простой (Вильям Оккам) и в то же время достаточно безумной (Нильс Бор). Такой безумно-простой идеей, претендующей на истину в предпоследней инстанции (последняя - это уже не теория, а практика) может стать теория коллективного солипсизма. Состоит она в следующем: вселенная существует лишь в субъективном восприятии каждого человека. Как получается, что все люди видят вселенную одинаково? Ответ на этот вопрос заключается в термине, заимствованном из квантовой механики - когеренция. Если допустить, что существует бесконечное множество вариаций нашего сознания (в духе квантовой неопределенности можно сказать, что фантазия безгранична), то существует также и теоретическая возможность того, что в этом бесконечном множестве всегда найдется хотя бы один вариант мира, который отвечает субъективному восприятию всех людей. Как происходит такая когеренция - вопрос размером со вселенную и длиной в вечность. Можно только предположить, что она не может произойти мгновенно, и для ее реализации необходимо пространство и время.

  Возникает также законный вопрос: если вселенная существует только в сознании людей, получается, что до появления людей вселенной не было. И откуда появились люди, если они не возникли в результате эволюции живой природы? Ответ прост: люди появились из ничего. Фокус здесь заключается в том, что одно ничто - это просто ничто, а два и больше ничто - это уже нечто. Проще говоря, иллюзия материи не может существовать в сознании одного человека - она может существовать в своем качестве "объективной реальности" только в сознании двух или более людей.

  Но почему, если до появления людей ничего не было, мы можем находить останки динозавров, наблюдать артефакты Большого взрыва и выстраивать теории происхождения вселенной? - спросит дотошный скептик. Рассмотрим аналогию с компьютерной программой. Представьте себе,  что вы написали программу, в которой участвуют некие человекообразные электронные персонажи, которые наделены способностью  изучать окружающий их мир. Что они будут изучать, если попытаются узнать об истории своего возникновения? Очевидно, для начала они изучат строение жесткого диска, на который записана информация о них, а затем попытаются определить, как происходила загрузка этой информации, то есть программы, на диск. Начальный момент загрузки программы на жесткий диск станет для них теоретическим "рождением вселенной", а ее процесс - "расширением вселенной" и "эволюцией человека".  Но имеет ли загрузка реальное отношение к жизни запрограммированных существ? Нет, потому что природные законы, ее определяющие, не имеют ничего общего с теми искусственными алгоритмами, которыми описывается поведение этих самых персонажей. 

  Нужны практические доказательства вашего солипсизма? Они непременно будут, но не сейчас... К счастью или к несчастью, когеренция реальности - коллективное явление, а декогеренция - сугубо личное.  Как говорится, каждый умирает в одиночку. Так что забудьте хотя бы на миг о теориях и радуйтесь жизни!