Остров знаний. Пределы досягаемости большой науки - Марсело Глейзер

Идея этого принципа, который мы рассмотрим более подробно во второй части книги, состоит в том, что наблюдатель, занимающийся измерением положения объекта с постоянно увеличивающейся точностью, в конце концов наткнется на стену, информация из-за которой будет ему недоступна. Иными словами, квантовая теория предполагает некоторую естественную расплывчатость материи, конечное минимальное значение, меньше которого не бывает. Объект может быть сколь угодно маленьким, но ниже этого значения его размер не опустится. В Природе не существует «точечных» частиц, так как любые материальные структуры в какой-то момент распадаются на квантовую неопределенность и заполняют некоторый объем. В каком-то смысле минимальный объем – это барьер между тем, что мы можем узнать о физической реальности, и тем, что навсегда останется скрытым от наших глаз. Более того, в квантовой физике сама попытка узнать больше, то есть выйти за границы, установленные неопределенностью, не имеет смысла. Предположение о том, что наши возможности познания Вселенной ограниченны, сводило Эйнштейна с ума.

Логично предположить, что этот же подход применим и к космосу, то есть что существует минимальное расстояние в пространстве, меньше которого быть не может. Если развить этот подход, окажется, что пространство не непрерывно, а размыто и что движение из одной точки в другую не может происходить напрямую. Если это так, то сингулярность в принципе невозможна, так как пространство нельзя сжать до нулевого объема. Этого взгляда придерживаются сторонники квантовой теории гравитации, такие как Абэй Аштекар, Ли Смолин, Мартин Божовальд и др. Они предполагают, что границы неопределенности, действующие в квантовой механике и применимые к свету и материальным объектам, можно распространить на пространство и время – концептуальные инструменты, которые мы используем для описания материальных объектов и их движения. Но обоснована ли такая экстраполяция?

Существует и противоположный подход, приверженцы которого утверждают, что нужно не «квантифицировать» космос, а, наоборот, избавиться от самого понятия точечных частиц. Идея проста: если мельчайшая из существующих частиц материи имеет некое пространственное продолжение, то такие частицы невозможно сжать до нулевого объема. Именно это и утверждает квантовая механика. Материальные объекты одновременно представлены как частицами, так и волнами, так как у них имеется пространственное продолжение. Основываясь на этом, теория струн утверждает, что мельчайшими объектами во Вселенной являются не электроны, не кварки, не другие частицы, о существовании которых мы знаем благодаря ускорителям вроде Большого адронного коллайдера, а одномерные линии энергии, которые могут пересекаться и переплетаться различными способами. Форма таких линий, а также тот факт, что они часто формируют закрытые петли, означают, что у этих объектов (струн) есть пространственное продолжение, а значит, их нельзя сжать до нулевого объема. Следовательно, если динамика ранней Вселенной основывалась на суперструнах, они не могли сформировать сингулярность.

Теорию суперструн часто называют теорией всего, имея в виду, что потенциально она предлагает единое объяснение для всех частиц материи (которые представляются как различные виды вибрации базовых струн) и для четырех сил Природы (также описываемых через переносящие их частицы, выраженные в форме вибраций). Я посвятил подробному разбору теории всего и стремлений к всеобщему объединению часть своей книги A Tear at the Edge of Creation и предлагаю всем, кого заинтересовала эта тема, прочесть ее. В ней я обращаю внимание на то, что само понятие окончательного ответа несовместимо с научным методом. Учитывая, что мы можем накапливать научные знания только с помощью измерения естественных процессов, мы по определению не можем быть уверены в том, что знаем о существовании всех сил Природы или частиц. В любой момент может появиться новая технология, которая откроет нам что-то неожиданное и заставит нас пересмотреть свои текущие представления. Представления о всеобъемлющей Божественной Вселенной – это всего лишь романтическая фантазия. В лучшем случае теория суперструн или те идеи, которые придут за ней, смогут объединить все наши знания о частицах и их взаимодействии на момент их возникновения. Но это ни в коем случае не будет последним словом по данному вопросу[65]. Вспомните о космологах далекого будущего, живущих в статичной и темной Вселенной, которую мы рассматривали пару страниц назад. Как бы выглядела их окончательная теория всего? Наверняка она казалась бы им очень убедительной, даже если с нашей точки зрения была бы абсолютно неправильной. Можем ли мы быть уверены, что мы хоть в чем-то лучше, что мы не упускаем из виду большую часть космической картины? Наука умеет обнаруживать то, что существует в пределах досягаемости, но то, чего она обнаружить не может, нельзя и полностью исключать. Это приводит нас к важнейшему вопросу: уникальна ли наша Вселенная? Или есть и другие, сосуществующие с ней в некой бесконечной множественной структуре? Если Мультивселенная реальна, как нам об этом узнать? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно разобраться, что могло бы дать толчок к такому безудержному росту вселенных. Для этого мы рассмотрим нормальное и метастабильное состояние материи и поговорим о том, как они могли повлиять на космос в его первые годы жизни.

Общая теория относительности Эйнштейна описывает гравитацию как искривление пространства по причине наличия материи и энергии. Мы не знаем, почему материя (или энергия) искривляет пространство, но можем рассчитать, как это происходит. Блестящая теория Эйнштейна – это очередной уровень описания. Разумеется, в этом описании Эйнштейн отходит от представлений Ньютона о гравитации как о действии на расстоянии, ведь искривленное пространство присутствует здесь и сейчас, а не является сторонним влиянием. Тем не менее причина этого искривления до сих пор неясна. Если бы Эйнштейна спросили, почему материя искривляет пространство, он наверняка ответил бы, что не знает. Его теория базируется на так называемом принципе эквивалентности, говорящем, что масса одинаково реагирует на гравитационное притяжение и на силу инерции. Пока ускорение остается неизменным, наблюдатель (который не может получать информацию извне) не будет в состоянии обнаружить его источник. Как говорил сам Эйнштейн, падающий наблюдатель не чувствует своего веса.[66] Принцип эквивалентности прочно удерживает свои позиции до сегодняшнего дня и проходит все многочисленные проверки.