Майкл Уайт - Стивен Хокинг. Жизнь среди звезд

Математики объясняют подобную феноменальную компактификацию без малейшего труда, но она все-таки заставляет задаться интересным вопросом: почему двадцать два измерения так сильно свернуты, а остальные три измерения расширялись себе после Большого Взрыва как ни в чем не бывало. И вот что интересно: и знакомый нам закон всемирного тяготения, и уравнения электромагнетизма, которые открыл Максвелл, «действуют» только во вселенной, где есть три пространственных измерения плюс одно временное. Если бы, например, пространственных измерений было больше, планеты не могли бы вращаться вокруг своих звезд по стабильным орбитам. Достаточно было бы легчайшего возмущения – и планета либо упала бы на звезду и сгорела, либо улетела в дальний космос и замерзла. В сущности, как подчеркивает Хокинг, не было бы и стабильных звезд: любое скопление газа и пыли либо рассеялось бы, либо тут же схлопнулось в черную дыру.

Таким образом, законы физики, вероятно, подсказывают нам, что с какого бы количества измерений все ни начиналось, все измерения, кроме трех пространственных и одного временного, всегда оказываются нестабильными и компактифицируются. Более того, в последнее время некоторые исследования показывают, что коллапс «лишних» 22 измерений, вероятно, вызван той же самой движущей силой, которая запустила расширение остальных трех. Все это, разумеется, связано с идеей антропной космологии, о которой мы говорили в главе 13.

Вероятно, существуют и другие вселенные, другие пузырьки пространства-времени, где компактификация прошла немного иначе и осталось, к примеру, шесть-семь пространственных измерений (или только одно). Но поскольку в этих вселенных неподходящая обстановка для зарождения жизни, там некому ломать голову над природой физики. Если живые существа вроде нас могут существовать только во вселенной с тремя пространственными измерениями, стоит ли удивляться, что Вселенная, в которой мы живем, и вправду обладает тремя пространственными измерениями!

Насколько же близки научные исследования к ответу на главные вопросы о жизни и Вселенной? Неужели в XXI веке физикам-теоретикам будет нечем заняться?

В 1980 году в лекции по случаю вступления в должность Лукасовского профессора Хокинг предположил, что мы станем свидетелями конца физики, вероятно, «к концу столетия». Он имел в виду, что у физиков появится полная, последовательная единая теория физических взаимодействий, описывающая все наблюдаемые явления. Возможно, что-то вроде теории суперструн.

Хокинг признал, что физики и раньше несколько раз думали, что вот-вот получат ответы на все вопросы. Самый знаменитый такой момент в истории – конец XIX века, когда все думали, что теперь, когда закон Ньютона и уравнения Максвелла надежно подтверждены, дело за малым – осталось лишь уточнить детали, отшлифовать углы, расставить все точки над всеми научными i. И только все укрепились в этом мнении, как в физике произошло две революции подряд – квантовая теория и теория относительности – и все встало с ног на голову. Однако уже в конце 1920-х годов, всего через поколение, один из отцов квантовой механики Макс Борн утверждал, что уже через полгода у физиков-теоретиков не останется существенных задач. Из фундаментальных частиц тогда были известны только электрон и протон, и Борну казалось, что они досконально изучены. Но в начале 1930-х открыли нейтрон, а сегодня мы знаем, что и нейтрон, и протон состоят из других основополагающих частиц – из кварков.

Тем не менее, даже если относиться к оптимизму Хокинга образца 1980 года всерьез, это не значит, что после 2000 года физики останутся безработными. Как подчеркивал Хокинг во время лекции, законы физики, которыми так гордился Борн более шестидесяти лет назад, в принципе, полностью объясняют ход химических реакций, больше нам для этого ничего не нужно. А биологические процессы зависят от химии сложных молекул. Химия практически полностью зависит от свойств электронов, и в 1920-е годы Пол Дирак вывел квантовое уравнение, которое в точности описывает поведение электронов. Загвоздка в том, что это уравнение такое чудовищно сложное, что решить его на сегодня удалось только для самого простого атома (водорода), в котором один-единственный электрон вращается вокруг одного-единственного протона. Как сказал Хокинг в той же лекции:

…хотя мы в принципе знаем, какие уравнения управляют биологией в целом, мы так и не сумели свести изучение поведения человека к отрасли прикладной математики.

Даже если бы у нас была самая настоящая единая теория, охватывающая все силы природы, описать с ее помощью поведение всей Вселенной было бы не в пример труднее, чем описать ваше поведение при помощи уравнения Дирака. Поэтому физикам-теоретикам будет чем заняться.

К 1988 году, когда вышла «Краткая история времени», Хокинг стал высказываться о неминуемом конце теоретической физики гораздо осторожнее. Он стал говорить не «когда мы откроем единую теорию», а «если». Более того, хотя в 1980 году казалось, что открытие единой теории к 2000 году стало бы прекрасным подарком к началу нового тысячелетия, этот рубеж отодвигается все дальше и дальше в будущее. Как мы уже говорили, физики обсуждают близкий конец физики уже лет двадцать, а если нажать, обычно говорят, что до близкого конца осталось еще лет двадцать – и с годами эта цифра не меняется! Новый век все ближе, и теперь даже самые оптимистичные физики прогнозируют, что единую теорию откроют не раньше 2020 года, а большинство просто не дает вовлекать себя в подобные разговоры.

Однако не исключено, что искать единую теорию нужно срочно. В конце той же лекции Хокинг сделал еще один прогноз – выдержавший проверку временем (по крайней мере, пока). Говоря о молниеносном развитии компьютеров, он заметил, что в ближайшем будущем компьютеры, «весьма вероятно, окончательно возьмут верх в теоретической физике». Пока что это не совсем так, но в 1980-е годы компьютеры развивались еще стремительнее, чем в 1970-е (скажем, мы пишем эти строки на компьютере куда более мощном, чем те, которыми пользовались целые математические факультеты в 1970-е годы). Однако и сегодня работу компьютеров направляют все-таки люди. Тем не менее без помощи компьютеров решить сложнейшие задачи вроде расчетов с участием двадцатишестимерных струн без компьютеров было бы попросту невозможно. Так что, пожалуй, шансов, что к концу ХХ века компьютеры научатся решать такие задачи без человеческого руководства, даже больше, чем шансов, что люди-ученые сформулируют наконец свою долгожданную теорию всего. Но самая пророческая фраза из Лукасовской лекции Хокинга могла бы, пожалуй, стать его последними словами, прекрасно подводящими итог его собственным представлениям о своем вкладе в науку: