Читать книгу Всё из ничего - Лоуренс М. Краусс, Лоуренс Краусс - Страница 3

Уже после появления первого издания этой книги инстинктивная негативная реакция некоторых комментаторов на саму идею возникновения Вселенной из ничего была уравновешена крупным научным открытием, подкрепляющим эту возможность. Тот факт, что существование бозона Хиггса нашло подтверждение, проясняет наши представления о связи пустого, на первый взгляд, пространства и нашего существования. В этом новом предисловии я хочу поговорить сразу и о бозоне Хиггса, и об отрицательной реакции на книгу «Всё из ничего: Как возникла Вселенная».

Выбрав для своей книги подзаголовок «Почему существует нечто, а не ничего?»[1], я хотел связать замечательные открытия современной науки с вопросом, который более двух тысяч лет мучает теологов, философов, естествоиспытателей и широкую публику. Я не до конца осознавал, что такая формулировка может привести к путанице того же рода, что возникает всякий раз, когда кто-нибудь публично вспоминает о теории эволюции.

В обычной бытовой речи слово «теория» означает совсем не то, что в науке. И слово «ничто» для некоторых тоже больной вопрос, своеобразная красная линия, которую люди не готовы пересечь, поэтому само употребление этого слова, так же как употребление слова «Бог», может расколоть аудиторию надвое и затуманить более серьезные вопросы. Аналогичное замечание можно сделать и по поводу вопроса «почему?»: использование слов «почему» и «ничто» вместе может быть не менее взрывоопасным, чем смесь дизельного топлива с аммиачной селитрой.

В главе 9 этой книги я упоминаю один существенный факт, который теперь хочу представить и здесь. Когда в науке кто-то спрашивает «почему?», то на самом деле он имеет в виду вопрос «как?». «Почему?» в науке – не слишком разумный вопрос, потому что подразумевает цель; как знает любой родитель маленького ребенка, «почему?» можно спрашивать без конца, вне зависимости от того, каким был ответ на предыдущий вопрос. В конечном итоге единственный, судя по всему, способ закончить подобный разговор состоит в том, чтобы ответить: «Потому что!»

Наука по ходу дела меняет смысл вопросов, особенно вопросов типа «почему?», то есть вопросов о причине. Вот один из ранних примеров этого, на котором хорошо видны многие вопросы – черты тех недавних откровений, о которых я рассказываю в книге.

Прославленный астроном Иоганн Кеплер утверждал в 1595 г., что на него снизошло откровение: ему внезапно показалось, что он сумел ответить на имеющий глубокое значение вопрос причины: «Почему планет шесть?» Ответ, как он считал, связан с пятью Платоновыми телами – священными объектами геометрии, грани которых представляют собой правильные многоугольники – треугольники, квадраты и т. п. – и которые могут быть вписаны в сферы, чьи размеры увеличиваются с ростом числа граней у соответствующего тела. Тогда, если эти сферы разделяют орбиты шести известных планет, предположил он, можно считать, что относительные расстояния планет от Солнца и тот факт, что планет ровно шесть, раскрывают перед человеком в самом глубоком смысле мысль Бога-математика. (Идея о том, что геометрия священна, восходит еще к Пифагору.) Вопрос «почему планет шесть?» – тогда, в 1595 г., – считался раскрывающим смысл и цель существовании Вселенной.

Сегодня, однако, мы понимаем, что вопрос этот не имеет смысла. Во-первых, мы знаем, что планет на самом деле не шесть, а девять. (Для меня Плутон всегда останется планетой. Дело не только в том, что мне нравится подкалывать своего друга Нила Деграсса Тайсона, настаивая на этом, но еще и в том, что моя дочь в четвертом классе делала на природоведении проект по Плутону и я не хочу, чтобы ее работа оказалась напрасной!) Что намного важнее – мы знаем, что наша Солнечная система не уникальна, чего не знал Кеплер и вообще никто в ту эпоху. Уже открыто более двух тысяч планет, обращающихся вокруг других звезд (и открыто, кстати говоря, спутником, носящим имя Кеплера!)

И тогда важное значение приобретает вопрос не «почему?», а «как так получилось, что в нашей Солнечной системе девять планет?» (или восемь, в зависимости от того, что вы думаете о Плутоне). Поскольку совершенно ясно, что существует множество разных солнечных систем с очень разными свойствами, то в реальности мы хотим знать, насколько наша система типична, какие особые условия, возможно, привели к тому, что в ней ближе всего к Солнцу находятся четыре каменные планеты в окружении нескольких гораздо более крупных газовых гигантов. Ответ на этот вопрос, возможно, прольет свет, к примеру, на наши шансы обнаружить жизнь еще где-то во Вселенной.

Но самое главное, что мы понимаем: в числе шесть (или восемь, или девять) нет никакого скрытого смысла, нет ничего, что указывало бы на цель или замысел… В распределении планет во Вселенной нет никаких указаний на «цель». Мало того что вопрос «почему?» превратился в «как?»; вопрос «почему?» вообще больше не имеет проверяемого смысла.

Таким образом, когда мы спрашиваем: «Почему существует нечто, хотя могло бы не существовать ничего?» – на самом деле имеем в виду: «Как так получилось, что существует нечто, хотя могло бы не существовать ничего?» Это приводит меня ко второму недопониманию, возникшему в результате неудачного выбора слов. Существует множество «чудес» природы, которые кажутся настолько устрашающими, что многие уже отказались от мысли найти разумное объяснение нашего появления на свете и просто списывают все на Бога. Но вопрос, который мне небезразличен и которым наука вполне может заниматься, – это вопрос о том, как вообще все в нашей Вселенной могло возникнуть из отсутствия чего бы то ни было и как, если угодно, бесформенность дала начало форме. Именно это так поражает нас интуитивно, что отвергается сознанием. Это, кажется, противоречит всему, что нам известно об окружающем мире, – в особенности тому факту, что энергия в разных ее формах, включая и массу, сохраняется. Здравый смысл подсказывает, что «ничто» – в смысле отсутствия чего бы то ни было – должно обладать нулевой полной энергией. Тогда откуда же взялись те 400 млрд или близко к тому галактик, из которых состоит наблюдаемая Вселенная?

Для меня тот факт, что для освоения научных представлений о природе нам необходимо «усовершенствовать» то, что мы называем «здравым смыслом», – один из самых замечательных и освобождающих аспектов науки. Реальность освобождает нас от предрассудков и неверных представлений, возникших потому, что интеллект унаследован нами от наших животных предков, которым для выживания необходимо было знать, не притаились ли за деревьями или в пещерах хищники, но совершенно не нужно было думать о волновой функции электрона в атоме. Современная концепция Вселенной настолько чужда всему, во что даже ученые верили всего лишь столетие назад, что мы можем лишь воздать должное мощи научного метода, а также творческому началу и упорству людей, которые жаждут разобраться в ней. Это достойно восхищения. Как я рассказываю в книге, вопрос о том, как нечто могло произойти из ничего, и возможные ответы на него даже более интересны, чем возможность возникновения галактик из пустого пространства. Наука указывает возможный путь зарождения самого пространства (и времени) и, может быть, дает также представление о том, как законы физики, определяющие динамику пространства и времени, могут возникнуть случайным образом.

Для многих, однако, предлагаемых потрясающих ответов на эти давние загадки недостаточно. Их завораживает более глубокий вопрос несуществования. Можем ли мы понять, как так вышло, что абсолютное ничто, где отсутствует даже потенциальная возможность существования чего бы то ни было, не правит миром до сих пор? Сможет ли кто-нибудь когда-нибудь сказать хоть что-то помимо того факта, что ничто, которое стало нашим чем-то, было частью «чего-то» еще, чему потенциальная возможность нашего существования или любого существования вообще была изначально присуща?

В этой книге я проявляю достаточно легкомысленное отношение к данной проблеме, потому что мне не кажется, что она добавляет хоть что-то к продуктивной дискуссии, тему которой можно сформулировать так: «На какие вопросы можно реально получить ответы, зондируя Вселенную?» Я отбросил этот философский вопрос, но не потому, что считаю, что люди, которые занимаются некоторыми его аспектами, не пытаются изо всех сил сформулировать логические вопросы. Я отбрасываю здесь этот аспект философии скорее потому, что считаю, что он обходит действительно интересные и доступные физические вопросы, связанные с происхождением и эволюцией нашей Вселенной. Несомненно, некоторые сочтут это признаком моей собственной ограниченности; может быть, они будут правы. Но именно в этом контексте следует читать эту книгу. Я не утверждаю, что у меня есть ответы на вопросы, на которые не может ответить наука, и я очень старался определять в тексте, что именно подразумеваю под терминами «ничто» и «нечто». Если эти определения отличаются от тех, которые хотелось бы принять вам, так тому и быть. Напишите собственную книгу. Но не отбрасывайте замечательное человеческое приключение, каким является современная наука, только потому, что оно вас не утешает.

А теперь хорошие новости! Летом 2012 года физики всего мира, включая и меня, зависали перед экранами компьютеров в самое странное время суток, чтобы посмотреть в прямом эфире, как ученые Большого адронного коллайдера под Женевой объявят, что им удалось наконец обнаружить одно из важнейших недостающих звеньев головоломки, которую представляет собой природа, – частицу Хиггса (или бозон Хиггса).

Гипотеза о бозоне Хиггса была выдвинута почти 50 лет назад для объяснения расхождений между теоретическими предсказаниями и экспериментальными наблюдениями в физике элементарных частиц; обнаружение частицы Хиггса венчает собой одно из самых замечательных интеллектуальных приключений в истории человечества. Всякий, кто интересуется прогрессом знания, должен иметь об этой истории хотя бы примерное представление. Обнаружение этой частицы делает случайность нашего существования и образования Вселенной из ничего – тему данной книги – еще более замечательной. Это открытие – еще одно доказательство того, что Вселенная, воспринимаемая нашими чувствами, – всего лишь верхушка громадного и по большей части скрытого от глаз космического айсберга и что пустое, на первый взгляд, пространство может дать семена нашего существования.

Предсказание частицы Хиггса сопровождало замечательную революцию, полностью изменившую наши представления о физике элементарных частиц во второй половине XX века. Всего пятьдесят лет назад, несмотря на громадные успехи физики в предыдущие полстолетия, мы понимали лишь одно из четырех фундаментальных взаимодействий природы – электромагнетизм – как полностью непротиворечивую квантовую теорию. Однако всего за одно следующее десятилетие не только три из четырех известных взаимодействий поддались нашим усилиям, но было открыто новое элегантное единство природы. Выяснилось, что все известные взаимодействия можно описать в рамках одной математической системы и что два из них, электромагнетизм и слабое ядерное взаимодействие (которое, например, управляет ядерными реакциями, питающими энергией Солнце), на самом деле являются разными физическими проявлениями одной фундаментальной силы.

Как могут два таких разных взаимодействия быть связаны между собой? В конце концов, фотон – частица, передающая электромагнетизм, – не имеет массы, тогда как частицы, передающие слабое взаимодействие, очень массивны – почти в сто раз массивнее, чем те частицы, из которых строятся атомные ядра; именно этим объясняется слабость этого взаимодействия.

Британский физик Питер Хиггс и несколько других ученых показали, что если существует невидимое в остальном фоновое поле (поле Хиггса), пронизывающее все пространство, то частицы, передающие некоторое взаимодействие, такое как электромагнетизм, могут взаимодействовать с этим полем и, по существу, испытывать сопротивление своему движению, замедляться, подобно пловцу, который пытается плыть в патоке. В результате эти частицы могут вести себя так, как будто они тяжелые, как будто обладают массой. Физик Стивен Вайнберг (и немного позже Абдус Салам) применил эту идею к модели слабого и электромагнитного взаимодействий, предложенную несколько ранее Шелдоном Глэшоу, и все отлично сошлось.

Эту идею можно распространить на остальные частицы в природе, включая те, из которых состоят протоны и нейтроны, а также на фундаментальные частицы, такие как электроны; все вместе эти частицы образуют атомы нашего тела. Если некая частица сильнее взаимодействует с этим фоновым полем, она ведет себя как более тяжелая. Если она взаимодействует с полем слабее, она ведет себя как более легкая. Если она вообще с ним не взаимодействует, то остается лишенной массы.

Если можно сказать, что нечто звучит слишком хорошо, чтобы быть правдой, это наш случай. Чудо массы – мало того, чудо самого нашего существования (поскольку если бы не Хиггс, то не было бы ни звезд, ни планет, ни людей) – возможно, судя по всему, только благодаря некоему скрытому во всех остальных отношениях фоновому полю, единственное действие которого, как представляется, состоит в том, чтобы мир выглядел именно так, как он выглядит.

Но полагаться на невидимые чудеса – дело религии, не науки. Чтобы убедиться в том, что эта замечательная случайность реальна, физики обратились еще к одной грани квантового мира. С каждым фоновым полем связана некоторая частица, и если выбрать в пространстве точку и как следует по ней ударить, то можно вышибить вполне реальные частицы. Фокус в том, чтобы ударить достаточно сильно по достаточно маленькому объему. А это проблема. Пятьдесят лет работы, включая неудачную попытку постройки в США ускорителя для поверки этих идей, не дали никаких признаков существования бозона Хиггса. Мало того, я готов был поставить на то, что его не существует, поскольку работа в теоретической физике научила меня тому, что природа, как правило, обладает гораздо более богатым воображением, чем мы.

До июля 2012 года.

Открытие бозона Хиггса не снабдит нас, возможно, ни улучшенным тостером, ни более быстрым автомобилем. Но это событие – замечательное свидетельство способности человеческого разума раскрывать тайны природы, а созданной нами технологии – управлять ими. В том, что кажется пустым пространством – по существу, ничем, – скрыты те самые элементы, благодаря которым наше существование возможно.

Открытие поля Хиггса усиливает многие идеи, о которых я рассказываю в этой книге. Идея о том, что в самом начале существования Вселенная прошла через период сверхсветового расширения, называемого инфляцией, в результате которого возникли, по существу, все пространство и вещество в наблюдаемой Вселенной почти из ничего, опирается на возможность того, что в начале времен господствовало другое поле, во многом похожее на поле Хиггса, которое мы, кажется, теперь открыли.

Существование поля Хиггса, пронизывающего сегодня все пространство, тоже ставит перед нами несколько важных вопросов, в первую очередь таких: «Какие условия в ранней Вселенной привели к такой космической случайности?»; «Почему это поле имеет именно ту величину, которую мы измерили?»; «Могло ли оно быть иным?»; «Могли ли законы физики при слегка иных начальных условиях привести к возникновению Вселенной, где не было бы вещества в том виде, в каком мы имеем его сегодня?» Именно такие вопросы я обсуждаю ближе к концу книги.

Каким бы ни оказалось окончательное решение этих головоломок – и других, о которых я буду рассказывать в этой книге, – открытия в фундаментальной физике и астрономии за последние сорок лет глубоко изменили наши представления о месте человека во Вселенной, поменяв не только вопросы, которые мы перед собой ставим, но и сам их смысл. Я хочу еще раз подчеркнуть, что это, возможно, величайшее наследие современной науки, наследие, которое объединяет ее с великой музыкой, великой литературой и великим искусством и нуждается в более широком распространении.