Лоуренс Краусс - Всё из ничего [litres]

Однако независимо от этой неопределенности следует особо отметить, что у базовых законов физики есть черта, которая позволяет квантово-механическим процессам увести Вселенную от безликого состояния. Физик-теоретик Фрэнк Вильчек – один из первых, кто над этим задумался, – напомнил мне, что чуть ли не теми же самыми словами, что и я на предыдущих страницах, он рассказал об асимметрии вещества и антивещества во Вселенной в своей статье в журнале Scientific American еще в 1980 г. Опираясь на последние достижения физики элементарных частиц, он описал, как именно асимметрия вещества и антивещества могла возникнуть на ранних этапах существования Вселенной, и добавил, что это позволяет подойти к ответу на вопрос, почему на свете все-таки есть нечто: «ничто» нестабильно.

Фрэнк подчеркивал, что наблюдаемый избыток вещества во Вселенной на первый взгляд мешает представить себе Вселенную, которая могла бы возникнуть из нестабильности в пустом пространстве, когда «ничто» породило Большой взрыв. Но если асимметрия возникла динамически уже после Большого взрыва, это препятствие удается обойти. Вот как он пишет:

Можно представить себе, что в самом начале Вселенная находилась в предельно симметричном состоянии, какое только возможно, и что в таком состоянии никакого вещества не существовало: Вселенная представляла собой вакуум. Существовало и второе состояние, и в нем существовало вещество. Второе состояние было несколько менее симметрично, но при этом еще и обладало более низкой энергией. В некий момент возник и стал стремительно шириться очаг менее симметричной фазы. Энергия, высвобожденная при переходе, воплотилась в создании частиц. Это событие и можно идентифицировать как Большой взрыв… Ответ на извечный вопрос: «Почему на свете есть нечто, а не ничего?» – состоит в том, что «ничто» нестабильно.

Прежде чем двигаться дальше, признаюсь, что мне напомнили и о том, как похож мой рассказ об асимметрии вещества-антивещества на диспуты, которые мы вели на семинаре Origins по поводу современных представлений о природе жизни во Вселенной и ее происхождения. Выражался я несколько иначе, но основные пункты на удивление похожи: какой конкретно физический процесс в первые мгновения истории Земли мог привести к возникновению первой самовоспроизводящейся биомолекулы и обмена веществ? За последние годы молекулярная биология добилась поразительного прогресса, сопоставимого с прогрессом в физике в 1970-е гг. В частности, мы узнали, какие природные цепочки органических реакций могли бы при вполне возможных в естественной среде условиях привести к возникновению рибонуклеиновых кислот, которые давно считаются предвестниками нашего мира, основанного на ДНК. До недавних пор господствовало представление, что прямого пути быть не могло и что главную роль в этом переходе должны были играть какие-то промежуточные формы.

Сегодня лишь немногие биохимики и молекулярные биологи сомневаются в том, что жизнь может возникнуть естественным образом из не-жизни, хотя как именно, еще предстоит открыть. Однако, когда мы все это обсуждали, во всех наших дискуссиях прослеживался общий подтекст: обязательно ли у первой жизни, возникшей на Земле, должна была быть именно такая биохимия или возможны и другие, столь же осуществимые варианты?

Эйнштейн как-то задал один вопрос и добавил, что это единственное, что ему по-настоящему хочется знать о природе. Признаться, это очень глубокий и фундаментальный вопрос – по-моему, ответ на него хотелось бы знать многим из нас: «Интересно, был ли у Бога [sic] какой-то выбор, когда он создавал Вселенную?»

Я привожу здесь это высказывание, поскольку бог Эйнштейна – это не библейский Бог. То, что во Вселенной есть порядок, так восхищало и поражало Эйнштейна, что он чувствовал к этому порядку духовную тягу, которую по примеру Спинозы назвал удобным словечком «бог». Так или иначе на самом деле Эйнштейн хотел спросить именно о том, что я неоднократно упоминал в контексте нескольких разных тем: уникальны ли законы природы? И уникальна ли Вселенная, в которой мы живем и которая является следствием этих законов? Если изменить одну крошечную черточку, одну постоянную, одно взаимодействие – совсем чуть-чуть, – рухнет ли все строение? Уникальна ли биохимия жизни в биологическом смысле? Уникальны ли мы во Вселенной? К последнему, самому важному, вопросу мы еще вернемся на страницах этой книги.

Хотя подобное обсуждение заставит нас еще больше отточить и обобщить термины «ничто» и «нечто», хочу сделать еще один промежуточный шаг в разборе темы неизбежности создания «чего-то».

Пока я определял то «нечто», из которого появляется наше наблюдаемое «нечто» как «пустое пространство». Однако если допустить соединение квантовой механики с ОТО, мы можем поговорить и о том случае, когда само пространство вынуждено возникнуть.

ОТО как теория гравитации – по сути своей теория пространства и времени. Как я писал в самом начале книги, это была первая теория, позволявшая разобраться не только с динамикой объектов, движущихся в пространстве, но и с тем, как развивается само пространство. Поэтому, если у нас будет квантовая теория гравитации, законы квантовой механики удастся применить к свойствам пространства, а не только к свойствам объектов, существующих в пространстве, как в обычной квантовой механике.

Расширить квантовую механику, чтобы придать ей такие способности, – задача непростая, однако для ее решения оказалась подходящей математическая модель, которую разработал Ричард Фейнман и которая привела к современному пониманию происхождения античастиц. Методы Фейнмана основаны на фундаментальном факте, о котором я упоминал в начале этой главы: квантово-механические системы в своем развитии следуют всем возможным траекториям, даже запретным с классической точки зрения.

Для своего исследования Фейнман разработал концепцию интеграла по траекториям, позволяющую делать предсказания. Согласно этому методу, мы рассматриваем все возможные траектории между двумя точками, по которым может пройти частица. Каждой траектории мы приписываем определенный вероятностный вес на основании хорошо известных принципов квантовой механики, а потом суммируем все пути, чтобы определить окончательные (вероятностные) прогнозы движения частиц.

Одним из первых ученых, которые полностью использовали эту идею, чтобы подойти к созданию квантовой механики пространства – времени (объединение нашего трехмерного пространства с одним измерением времени и создание четырехмерной единой системы пространства – времени, как требует СТО Эйнштейна), был Стивен Хокинг. Достоинство методов Фейнмана состоит в том, что изучение всех возможных траекторий позволяет получить результаты, не зависящие от специфических пространственных и временных «меток», которые ставятся на каждой точке каждой траектории. Поскольку теория относительности говорит, что разные наблюдатели при относительном движении измеряют время и расстояние по-разному, а значит, приписывают каждой точке пространства – времени разные значения, нам особенно полезно иметь в своем распоряжение методику, не зависящую от разных «меток», которые приписывают тем или иным точкам в пространстве и времени разные наблюдатели.