Читать книгу Конец всего. 5 сценариев гибели Вселенной с точки зрения астрофизики - Кэти Мак - Страница 7

Для некоторых из нас размышление на тему космического апокалипсиса уже является повседневным делом.

Я хорошо помню момент, когда узнала о том, что Вселенная может исчезнуть в любую секунду. Я сидела на полу в гостиной профессора Финни среди своих сокурсников во время нашего еженедельного чаепития. Расположившись в кресле и держа на коленях свою трехлетнюю дочь, профессор объяснил, что внезапное расширение пространства ранней Вселенной, или космическая инфляция, представляет собой настолько загадочное явление, что мы не понимаем, почему оно началось и почему закончилось, а также не можем утверждать, что оно никогда больше не повторится. Не было никаких гарантий, что стремительное и смертоносное расширение пространства не начнется прямо в тот момент, когда мы пили чай с печеньем в гостиной профессора.

Это меня ошеломило. Я почувствовала, что уже не уверена в твердости пола подо мной. В моей памяти навсегда запечатлелся образ маленького ребенка, беспокойно ерзающего во внезапно ставшем нестабильным космосе. Но профессор только слегка усмехнулся и переключился на обсуждение другой темы.

Теперь я уже признанный ученый и понимаю ту усмешку профессора. Размышление над такими мощными и неудержимыми, но математически описываемыми процессами может вызвать болезненный интерес. Возможное будущее нашего космоса было определено и рассчитано с учетом вероятности на основании лучших из доступных нам данных. Мы не знаем наверняка, может ли в следующую секунду начаться новая космическая инфляция, но на случай, если это все-таки произойдет, у нас есть готовые уравнения. В некотором роде эта мысль хорошо успокаивает: даже если у нас, слабых и беспомощных людей, нет шансов повлиять на конец Вселенной, мы, по крайней мере, можем приблизиться к его пониманию.

Многие физики со временем начинают равнодушно относиться к необъятности космоса и силам, которые слишком мощны для нашего понимания. Ученые могут свести все это к математике, скорректировать уравнения и вернуться к своим делам. Однако потрясение и головокружение от осознания хрупкости мироздания и моего собственного бессилия произвели на меня неизгладимое впечатление. В этой космической перспективе есть что-то одновременно пугающее и обнадеживающее. Это все равно что держать новорожденного младенца, ощущая тонкий баланс между хрупкостью жизни и еще не осознанным потенциалом. Говорят, что у человека, побывавшего в космосе, изменяется взгляд на мир. Это называется «эффектом обзора», когда, увидев Землю сверху, человек может в полной мере ощутить, насколько хрупок наш маленький оазис и насколько дружными нам следует быть как представителям, вероятно, единственного во Вселенной мыслящего вида.

Для меня подобным опытом стало размышление о неизбежной гибели Вселенной. В способности рассуждать о самом отдаленном будущем и в наличии инструментов, позволяющих делать это последовательно, заключается определенная интеллектуальная роскошь. Задавая вопрос, может ли все это продолжаться вечно, мы неявным образом подтверждаем собственное существование, проецируя его в отдаленное будущее, подводим итоги и изучаем свое наследие. Признание конечности Вселенной дает нам контекст, смысл, даже надежду и позволяет, как бы парадоксально это ни звучало, отвлечься от мелких повседневных забот и одновременно жить более полной жизнью в настоящем моменте. Возможно, это и есть тот смысл, который мы ищем.

Мы определенно приближаемся к ответу. Несмотря на политическую нестабильность мира, с точки зрения науки мы живем в золотом веке. Последние открытия в области физики, а также новые технологические и теоретические инструменты позволяют нам совершать прорывы, которые раньше были невозможны. Мы совершенствовали свое понимание возникновения Вселенной на протяжении десятилетий, однако вопрос о ее возможном конце начинают исследовать только сейчас. Результаты, полученные с помощью мощных телескопов и ускорителей частиц, предоставили нам удивительные (хоть и ужасающие) новые возможности и изменили наш взгляд на то, что может или не может произойти в космосе в далеком будущем. Это область, в которой наблюдается невероятный прогресс, позволяющий нам стоять на самом краю бездны и вглядываться в абсолютную тьму. Правда, лишь путем вычислений.

Космология как область физики на самом деле занимается не поиском смысла, а раскрытием фундаментальных истин. Точно измеряя структуру Вселенной, распределение материи и энергии, а также силы, управляющие ее эволюцией, мы находим подсказки, говорящие нам о глубинных законах космоса. Люди склонны ассоциировать прорывы в области физики с экспериментами в лабораториях, однако многое из того, что мы знаем о фундаментальных законах, управляющих природой, является результатом не самих экспериментов, а понимания их связи с наблюдениями за небом. Для понимания структуры атома, например, потребовалось связать результаты экспериментов в сфере радиоактивности с рисунками спектральных линий солнечного света. Согласно закону всемирного тяготения, сформулированному Ньютоном, Луна и планеты удерживаются на своих орбитах той же силой, которая заставляет блок скользить вниз по наклонной плоскости. В конечном счете это привело к появлению общей теории относительности Эйнштейна, впечатляющему пересмотру теории гравитации, обоснованность которого была подтверждена не измерениями, проведенными на Земле, а исследованием отклонения орбиты Меркурия и видимого положения звезд во время полного солнечного затмения.

Сегодня, наблюдая за небом, мы обнаруживаем, что модели физики элементарных частиц, разрабатываемые на протяжении десятилетий в ходе тщательных исследований в лучших лабораториях мира, неполны. Изучение движения и распределения других галактик – скоплений миллиардов или триллионов звезд, подобных нашему Млечному Пути, – позволило выявить основные пробелы в теориях физики элементарных частиц. Мы пока не знаем, каким будет решение этой проблемы, однако можно с уверенностью сказать, что исследование космоса сыграет свою роль в его нахождении. Объединение космологии и физики элементарных частиц уже позволило нам определить базовую структуру пространства-времени, провести инвентаризацию компонентов реальности и заглянуть в далекое прошлое, в эпоху, предшествующую возникновению звезд и галактик, чтобы проследить происхождение не просто живых существ, но самой материи.

Разумеется, этот подход работает в обе стороны. Не только современная космология способствует нашему пониманию микромира, но и теории элементарных частиц и эксперименты в этой области помогают нам постичь устройство Вселенной на макроуровне. Комбинация подходов «сверху вниз» и «снизу вверх» представляет собой самую суть физики. Несмотря на попытки поп-культуры свести науку к моментам озарения и впечатляющих концептуальных сдвигов, прорывы в понимании чаще всего происходят благодаря доведению существующих теорий до крайности и выявлению их слабых мест. Когда Ньютон скатывал шары вниз по склону холма или наблюдал за планетами в небе, он не мог предположить, что нам понадобится теория гравитации, которая также объясняла бы искривление пространства-времени вблизи Солнца или невообразимые гравитационные силы внутри черных дыр. Он никогда бы не подумал, что мы однажды заговорим об измерении влияния гравитации на отдельный нейтрон[3]. К счастью, Вселенная, будучи по-настоящему огромной, предоставляет нам множество сред с экстремальными условиями для проведения наблюдений. Более того, мы даже имеем возможность изучать раннюю Вселенную, когда весь космос представлял собой среду с экстремальными условиями.

* * *

Краткое примечание по поводу терминологии. Общепринятый научный термин «космология» относится к изучению Вселенной в целом и ее истории, включая ее компоненты, эволюцию и управляющие ею фундаментальные физические законы. В астрофизике космологом называют того, кто изучает по-настоящему удаленные от нас объекты, поскольку (1) это предполагает исследование довольно обширной части Вселенной и (2) в астрономии удаленные объекты также находятся в далеком прошлом, поскольку их свету порой требуются миллиарды лет, чтобы достичь Земли. Некоторые астрофизики изучают именно эволюцию или раннюю историю Вселенной, другие специализируются на исследовании удаленных объектов (галактик, их скоплений и т. д.) и их свойств. Как область физики космологию можно отнести, скорее, к теоретическому направлению. Например, некоторые космологи, работающие на физических факультетах (в отличие от сотрудников астрономических факультетов), изучают альтернативные формулировки моделей физики элементарных частиц, которые можно было бы применить к первой миллиардной миллиардной доли секунды существования Вселенной. Другие изучают модификации теории гравитации Эйнштейна, относящиеся к таким гипотетическим объектам, как черные дыры, которые могут существовать лишь в более высоких измерениях пространства. Третьи моделируют целые гипотетические Вселенные, полностью отличные от нашей, – Вселенные с совершенно иным устройством космоса, числом измерений и историей, чтобы понять математическую структуру теорий, которые однажды могут оказаться нам полезными[4].

В результате под термином «космология» разные люди подразумевают совершенно разные вещи. Космолог, изучающий эволюцию галактик, может совершенно растеряться в разговоре с космологом, выясняющим, как квантовая теория поля объясняет испарение черных дыр, и наоборот.

Лично мне космология нравится в любом виде. Впервые я поняла, что это стоящая наука, лет в десять благодаря книгам и лекциям Стивена Хокинга. Он говорил о черных дырах и искривлении пространства-времени, о Большом взрыве и многих других вещах, заставлявших мои мозги буквально шевелиться. Я никак не могла насытиться знаниями. Когда я узнала, что Хокинг называет себя космологом, я поняла, чем хочу заниматься. На протяжении многих лет я проводила исследования в нескольких областях физики и астрономии, изучая черные дыры, галактики, межгалактический газ, нюансы Большого взрыва, темную материю и возможность внезапного исчезновения Вселенной[5]. Я даже какое-то время баловалась экспериментальной физикой элементарных частиц, проводя юношеские годы в лаборатории ядерной физики, играясь с лазерами (что бы ни было написано в отчетах, тот пожар устроила не я) и плавая на надувной лодке по заполненному водой баку подземного детектора нейтрино (тот взрыв тоже произошел не по моей вине).

В настоящее время я занимаюсь в основном теорией, что, вероятно, лучше для всех. Это означает, что я не провожу наблюдений и экспериментов и не анализирую данные, хотя я часто делаю прогнозы относительно результатов будущих наблюдений или экспериментов. В основном я работаю в области, называемой феноменологией: она находится на границе между разработкой новых теорий и той сферой, в которой эти теории подвергаются фактической проверке. То есть я ищу новые пути объединения гипотез, выдвигаемых теоретиками относительно структуры Вселенной, с тем, что надеются обнаружить в своих данных астрономы-наблюдатели и физики-экспериментаторы. А это значит, что я должна знать кое-что обо всем[6], и это чертовски весело.