Нереальная реальность. Путешествие по квантовой петле - Карло Ровелли

Может показаться странным и трудным думать о дискретных элементарных сущностях вне пространства и времени, отношения которых, однако, составляют суть пространства и времени. Но представьте, насколько странно должны были звучать слова Анаксимандра, когда он утверждал, что под нашими ногами находится такое же небо, как то, что мы видим у себя над головой. Или слова Аристарха, который пытался измерить расстояние от Земли до Луны и Солнца и обнаружил, что они находятся чрезвычайно далеко, а значит, представляют собой не небольшие шары, а гигантские, и Солнце многократно превосходит размерами Землю. Или выводы Хаббла, когда он понял, что маленькие туманные облачка не звездном небе – это колоссальные скопления далеких звезд…

В течение столетий мир вокруг нас постоянно изменялся и расширялся. Теперь мы видим дальше, понимаем его лучше и поражаемся тому, как он трансформируется в зависимости от ограничений, наложенных на наше восприятие. Его описание, которое нам удается построить, становится все более изощренным, но одновременно более простым.

Мы подобны маленьким слепым кротам под землей, которые почти ничего не знают о мире. Но мы продолжает его изучать…

Я обрисовал основы теории квантовой гравитации и картину мира, которая из нее вытекает. В этой последней части я описываю некоторые следствия этой теории, а именно, что она говорит о Большом взрыве и черных дырах. Я также рассказываю о текущем состоянии возможных экспериментов для проверки теории и о том, что, как мне кажется, хочет сказать нам природа, – в частности, о чем свидетельствует провал попыток пронаблюдать суперсимметричные частицы.

В заключение я выскажу некоторые соображения о том, что все еще ускользает от нашего понимания мира, в особенности о термодинамике и роли информации в теории без времени и пространства, такой как теория квантовой гравитации, а также о том, как появляется время.

Все это подводит нас к самому краю наших знаний о мире, к той смотровой площадке, откуда мы можем взглянуть на то, о чем мы еще совершенно ничего не знаем, – на глубочайшие тайны, которые нас окружают.

В 1927 году молодой бельгийский ученый и католический священник, получивший иезуитское образование, изучил уравнения Эйнштейна и – как и Эйнштейн – понял, что, согласно этим уравнениям, Вселенная должна либо расширяться, либо сжиматься. Но вместо того чтобы безосновательно отвергнуть этот результат и упрямо пытаться его избежать, как поступил Эйнштейн, бельгийский священник поверил в него и стал искать астрономические данные для его проверки.

В то время галактики не назывались галактиками. Их называли туманностями, поскольку в телескоп они выглядят как маленькие бледные облака среди звезд. Никто еще не знал, что это колоссальные далекие звездные острова, подобные нашей собственной Галактике. Однако молодой бельгийский священник понимает, что скудные данные о галактиках на самом деле совместимы с возможностью расширения Вселенной: близкие к нам галактики удаляются с большой скоростью, словно ими кто-то выстрелил в небо; далекие галактики удаляются еще быстрее. Вселенная раздувается, подобно воздушному шарику. Два года спустя эта догадка подтверждается благодаря двум американским астрономам – Генриетте Левитт и Эдвину Хабблу. Левитт открывает хороший метод измерения расстояний от туманностей, подтвердивший, что они находятся очень далеко, за пределами нашей собственной Галактики. С помощью этого метода и большого телескопа Паломарской обсерватории Хаббл собирает точные данные, которые подтверждают, что галактики удаляются, а их скорости пропорциональны расстоянию до них.

Рис. 8.1. Генриетта Левитт

Но именно молодой бельгийский священник еще в 1927 году сделал ключевой вывод: если мы видим летящий вверх камень, значит, раньше он находился ниже и что-то швырнуло его вверх. Если мы видим удаляющиеся галактики и Вселенная расширяется, значит, раньше галактики были ближе, а Вселенная была меньше и что-то заставило ее начать расширяться. Молодой бельгийский священник выдвигает предположение, что Вселенная изначально была чрезвычайно маленькой и плотной и начала свое расширение с гигантского взрыва. Он называет это начальное состояние первоатомом. Сегодня мы знаем его как Большой взрыв.

Молодого бельгийца звали Жорж Леметр. По-французски его имя звучит как le maître, что означает «мастер», – трудно найти более подходящее имя для человека, который первым осознал факт Большого взрыва. Но, несмотря на свое имя, Леметр имел очень сдержанный характер; он избегал полемики и никогда не настаивал на своем приоритете в открытии расширения Вселенной, которое в итоге стали приписывать Хабблу. Два эпизода из его жизни иллюстрируют глубину его ума. Первый касается Эйнштейна, второй – папы римского.

Как уже упоминалось, Эйнштейн скептически отнесся к идее расширения Вселенной. Он вырос с мыслью, что Вселенная статична, и не мог принять идею, что это не так. Даже великие совершают ошибки и склонны к предубеждениям. Леметр встретился с Эйнштейном и попытался пошатнуть его предубеждения. Эйнштейн был непреклонен и дошел до того, что сказал Леметру: «Правильные вычисления, отвратительная физика». Позднее Эйнштейн был вынужден признать правоту Леметра. Не всякому дано опровергнуть Эйнштейна.

Эта ситуация повторилась еще раз. Эйнштейн ввел в свои уравнения небольшое, но важное дополнение – космологическую постоянную, о которой я писал в главе 3, в (ошибочной) попытке заставить уравнения описывать статическую Вселенную. Когда он признал, что Вселенная не статична, то отверг космологическую постоянную. Леметр во второй раз попытался убедить его изменить свое мнение: космологическая постоянная не делает Вселенную статичной, но она, тем не менее, правомерна и нет оснований ее отбрасывать. В этот раз Леметр тоже оказался прав: космологическая постоянная вызывает ускоренное расширение Вселенной, и это ускорение недавно было измерено. И вновь Эйнштейн ошибался, а Леметр оказался прав.

Рис. 8.2. Жорж Леметр. Авторские права Архива Жоржа Леметра, Лёвен

Когда идея появления Вселенной в Большом взрыве стала признаваться, папа Пий XII в публичном выступлении (22 ноября 1951 года) объявил, что эта теория подтверждает сотворение мира, описанное в Книге Бытия[111]. Леметр с большим беспокойством отреагировал на заявление папы. Он связался с научным советником понтифика и приложил большие усилия к тому, чтобы убедить папу не увязывать божественное творение с Большим взрывом. Леметр был убежден, что подобным образом смешивать науку и религию глупо и неоправданно: Библия ничего не знает о физике, а физика ничего не знает о Боге[112]. Пий XII согласился с его аргументацией, и католическая церковь никогда больше не делала публичных заявлений по этому вопросу. Не каждому выпадает честь опровергнуть папу.