Леонард Млодинов - Стивен Хокинг. О дружбе и физике

Если бы только можно было решить математические уравнения, лежащие в основе метода Фейнмана, этот метод в принципе мог бы пролить свет на причину любого наблюдаемого во Вселенной явления. Но, как обычно, точно эти уравнения решить невозможно. Для облегчения задачи Стивен рассматривал очень упрощенную космическую модель, принимающую во внимание только макроструктуру Вселенной. В этом был свой смысл, потому что его интересовали только крупномасштабные свойства Вселенной – он не собирался рассчитывать траектории отдельных атомов и молекул на Земле или где-либо еще во Вселенной.

Концепция «сверху вниз» хорошо укладывается в общую картину. Обычно в космологических моделях физики задают некое начало для Вселенной и затем рассчитывают ее эволюцию от этого начала во времени. Стивен называл такой метод «подходом снизу вверх». Он не любил его, потому что в одной из своих более ранних работ, посвященной «Вселенной без границ», он пришел к выводу, что Вселенная не имела единственного, четко выраженного начала.

Этот вывод был следствием одного из самых знаменитых и странных аспектов квантовой теории, а именно: объекты – как правило – не имеют четко выраженных свойств, а обладают только вероятностными свойствами. Например, в некоторый предначертанный «час ноль» ваша квантовая версия с одинаковой вероятностью может быть как на кухне, на первом этаже вашего дома, так и наверху, в ванной комнате. Мы, физики, говорим, что вы в вашем «начальном состоянии» находитесь ни на кухне, ни в ванной, а в некоей суперпозиции этих двух состояний. Согласно уравнениям квантовой теории, шансы на то, что вы окажетесь еще где-то в доме в более поздний час, будут зависеть от обоих состояний этой первоначальной суперпозиции. Таким же образом, утверждал Стивен, первоначальное состояние квантовой Вселенной являлось суперпозицией различных возможностей, и мы должны принимать во внимание их все, чтобы понять наше настоящее. По мнению Стивена, все это делало подход «снизу вверх» несостоятельным.

Стивен считал, что ко Вселенной нужно применить фейнмановский метод и включить в рассмотрение все ее возможные варианты происхождения. Это означает, что истории, входящие в фейнмановскую сумму, зависят только от состояния Вселенной в настоящее время. Как любил говорить Стивен, это означает, что настоящее определяет прошлое, а не наоборот. Вот почему его анализ назывался «сверху вниз», а не «снизу вверх».

Даже с помощью сделанных упрощений Стивен не мог решить уравнения, к которым приводил этот анализ. Но он смог определить некоторые свойства, которые должно иметь решение, и извлечь смысл из своей модели. Он был восхищен тем, что ему удалось найти. Из его точки зрения, если она была верна, следовало, что спонтанно, буквально из ничего, появилось бесконечное количество вселенных – мультивселенная. И перед каждой из этих неисчислимых вселенных лежало свое будущее. Эта совокупность вселенных аналогична различным траекториям частиц при обычном применении фейнмановской теории. Законы природы, которым будет подчиняться каждая данная вселенная, будут зависеть от истории этой вселенной. Будут вселенные с такими наборами законов, какие только душе угодны – например, протон будет весом с кирпич или гравитация будет настолько сильной, что типичная звезда сгорит всего лишь за один земной год.

Из уравнений теории Стивена следует, что большинство из этих вселенных будут расширяться на ранних стадиях, но это расширение будет недолгим. Затем эти вселенные сколлапсируют и опять превратятся в горячие плотные шары, из которых они и возникли. В этих вселенных не образуются ни звезды, ни галактики – у них просто не будет на это времени. Но некоторые вселенные, с «правильными» законами, вырастут достаточно большими и смогут избежать коллапса.

В некоторых из этих вселенных возникнут условия, подходящие для жизни, и среди них найдутся такие, в которых действительно возникнет жизнь. Если существа, которые появятся в этих вселенных, окажутся достаточно умны, чтобы расшифровать законы природы, они обнаружат, что эти законы имеют весьма специфический вид – они таковы, что позволяют им существовать. Мы и есть такие специфические создания, живущие в специфической вселенной. Об этом мы и говорили в нашей книге «Высший замысел».

После работ, связанных с сингулярностью Большого взрыва, открытием физических законов черных дыр и испарением черных дыр (эта гипотеза, в частности, породила проблему потери информации), последними самыми большими творческими инициативами Стивена стали гипотезы о «Вселенной без границ» и «космологии сверху вниз». Но они оказались и наименее авторитетными среди ученых. Как это часто бывает, когда работы ведутся на переднем крае науки, некоторые коллеги проявляют открытый скептицизм в отношении предположений, сделанных Стивеном. Некоторые с подозрением отнеслись к его математическим приближениям. Другие не поняли его теорию. И наконец, были и такие, кто просто отдавали предпочтение альтернативным теориям.

По сей день все еще отсутствует окончательный вердикт в отношении обеих инициатив Стивена. Стивен предполагал, что из анализа космического микроволнового фонового излучения можно получить подтверждение его идеям, но такой анализ зависит от технологий, которые пока не существуют. Поэтому, подобно большинству теорий современной космологии, гипотезы о «Вселенной без границ» и «космологии сверху вниз» очень привлекательны с точки зрения математики, но весьма сложны для проверки.

Обычно Стивен появлялся в своем кабинете ближе к полудню. Как правило, день его начинался с ответов на письма, пришедшие по электронной почте, а также с чтения заинтересовавших его статей, выложенных на сайте arXiv.org – хранилище статей по физике, астрономии и математике. Ученые из этих областей обычно выкладывают там свои результаты параллельно с представлением статей в академические журналы. До выхода статьи в журнале может пройти несколько месяцев; за это время можно познакомиться с основными результатами на сайте. С другой стороны, на сайте нет редактирования, есть только поверхностный отбор. Статьи, которые там находятся, могут нуждаться в исправлении. Они могут никогда и не появиться в печати. Несмотря на это, Стивен проглядывал их почти каждый день.

Однако в этот, предположительно последний, день работы над книгой Стивен пожертвовал своим уединением перед обедом, и мы приступили к работе раньше, чем обычно. Приближался полдень, я понимал, что вскоре наступит полуторачасовой перерыв, и поэтому стремился поскорее закончить обсуждение шестой главы. Я хотел, чтобы после обеда мы занялись другими делами. Я боялся, что в противном случае глава «Выбираем нашу Вселенную» полностью поглотит всю нашу послеобеденную вселенную.