Марио Ливио - От Дарвина до Эйнштейна. Величайшие ошибки гениальных ученых, которые изменили наше понимание жизни и вселенной

Возникает вопрос, почему именно эта гамовская шутка достигла таких высот и стала одним из самых расхожих афоризмов в физическом фольклоре. Ответ, полагаю, троякий. Во-первых, все люди на свете, а особенно СМИ, обожают превосходную степень. Новости науки всегда притягательнее, когда в них говорится о чем-то «лучшем», «высочайшем», «крупнейшем» и «величайшем». Эйнштейн был человеком и поэтому много раз ошибался, однако лишь его «величайший ляпсус» привел к появлению подобных сенсационных заголовков. Во-вторых, Эйнштейн – воплощение гения из гениев [418], человек, который обнаружил скрытые механизмы Вселенной одной лишь силой мысли. Эйнштейн – ученый, показавший, что чистая математика способна открывать то, что создает, и создавать то, что открывает. О древних греках говорили, что они открыли Вселенную как тайну, а оставили ее нам как город-государство. С точки зрения современной космологии, этот афоризм подходит Эйнштейну даже лучше. (На илл. 36 приведена моя любимая фотография Эйнштейна.) Тот факт, что даже такой научный титан, оказывается, небезупречен, с одной стороны, завораживает, а с другой – преподает прекрасный урок смирения и показывает, как на самом деле устроен научный прогресс. Даже самые потрясающие умы не высекают безупречных заповедей на каменных скрижалях, а просто прокладывают дорогу на следующий уровень понимания. Третья причина популярности космологической постоянной, которую иногда называют самым знаменитым подгоночным параметром в истории науки, заключается в ее поразительной живучести. Убить космологическую постоянную оказалось не проще, чем наркодилера Пабло Эскобара или русского мистика Григория Распутина, хотя Эйнштейн и приговорил ее к смерти еще 80 лет назад. Мало того что этот мнимый «ляпсус» отказался умирать – в последние десять лет он вышел на научную авансцену. Откуда же у космологической постоянной девять жизней и почему она снова в центре внимания?

Еще при жизни Эйнштейна нашлось несколько ученых, которым не хотелось отказываться от космологической постоянной. Физик Ричард Ч. Толмен, например, уже в 1931 году писал [419]Эйнштейну: «Определенно приравнивать L к нулю без экспериментального определения ее величины представляется произвольным и не обязательно верным». Леметр не просто считал, что не стоит отвергать L только потому, что ее ввели из ошибочных соображений, но и приводил две основные причины, по которым ему хотелось сохранить космологическую постоянную в живых. Во-первых, она позволяла снять противоречия между юным возрастом Вселенной (как показывали, по тогдашним представлениям, наблюдения Хаббла) и геологической хронологией. По некоторым моделям Леметра Вселенная с космологической постоянной [420]могла подолгу пребывать в инертном состоянии, и таким образом возраст Вселенной можно было продлить. Второй причиной отстаивать L для Леметра стали его идеи о формировании галактик. Он предположил, что области большей плотности могли расширяться и перерастать в протогалактики как раз в инертный период. В конце 1960 годов было показано, что именно этот механизм несостоятелен [421], однако идеи Леметра позволили на некоторое время оставить космологическую постоянную про запас.

Еще одним горячим сторонником космологической постоянной был Артур Эддингтон. Настолько горячим, что в какой-то момент он мятежно провозгласил: «Возвращение к прежним представлениям [без космологической постоянной] невозможно даже представить себе. Я бы скорее задумался о возвращении к теории Ньютона, чем об отказе от космологической постоянной» [422]. Главное обоснование таких представлений Эддингтона заключалось в том, что он считал, что подлинным объяснением наблюдаемого расширения Вселенной служит отталкивающая гравитация. По его словам:

«Есть только два способа объяснить большие скорости удаления туманностей: (1) эти скорости обеспечивает какая-то направленная вовне сила, как мы и предполагали, или (2) что такие или даже бóльшие скорости имели место с самого начала нынешнего порядка вещей. Было выдвинуто несколько соперничающих объяснений разбегания туманностей, которые не содержат гипотезы о силе отталкивания. Они всегда склоняются ко второму варианту и постулируют, что большие скорости существовали с самого начала. Может быть, это и так, однако едва ли можно назвать это объяснением больших скоростей [423] .»

Иными словами, Эддингтон прекрасно понимал, что общая теория относительности допускает решение с расширяющейся Вселенной даже без космологической постоянной. Однако для этого решения нужно признать, что во Вселенной с самого начала существовали большие скорости, а объяснения подобных начальных условий оно не предоставляет. Инфляционная модель Вселенной [424] – идея, что Вселенная подверглась мощному расширению, когда ей от роду была всего лишь крошечная доля секунды – обязана своим появлением подобной же неудовлетворенности: нужно было полагаться на определенные начальные условия как на причину наблюдаемых космических явлений. Например, предполагается, что инфляция так сильно надула ткань мироздания, что сделала ее геометрию плоской. Одновременно считается, что именно инфляция стала той действующей силой, которая раздула до космологических масштабов квантовые флуктуации плотности материи, существовавшие на субатомном уровне. Эти очаги повышенной плотности впоследствии стали зародышами для формирования наблюдаемой сегодня космической структуры.

Как я уже отмечал в главе 9, модель стационарной Вселенной Хойла, выдвинутая в 1948 году, обладала некоторыми чертами инфляционной космологии. Член поля, который Хойл ввел в уравнения Эйнштейна, чтобы обеспечить постоянное создание материи, во многих отношениях выполнял функции космологической постоянной. В частности, он заставлял Вселенную расширяться по экспоненте. Поэтому стационарная модель Вселенной помогла идее всемирного отталкивания продержаться в моде еще лет пятнадцать. Когда астроном и давнишний сторонник Хойла Уильям Маккри в 1971 году решил сделать обзор превалировавших в то время идей о космологической постоянной, то весьма прозорливо [425]провел различие между двумя возможностями: либо общая теория относительности – это замкнутая самодостаточная теория, либо ее нужно считать лишь частью всеобъемлющей «теории всего», описывающей мироздание и все его феномены. Маккри отметил, что в первом случае космологическая постоянная – лишь досадная помеха, поскольку ее значение невозможно определить в рамках теории как таковой. Во втором же, пророчески заметил он, значение космологической постоянной можно установить через связь между общей теорией относительности и другими физическими теориями. Как мы вскоре увидим, физики пытаются понять природу космологической постоянной именно при помощи попыток объединить большое и малое – общую теорию относительности с квантовой механикой.