Карло Ровелли - Нереальная реальность. Путешествие по квантовой петле

Рис. 3.14.Стрелка, сохраняющая параллельность самой себе при переносе вдоль замкнутого маршрута (петли), в искривленном пространстве возвращается к точке отправления повернутой

Рис. 3.15.Мозаика, изображающая ад, работы Коппо ди Марковальдо во Флорентийском баптистерии

Как и все жители Флоренции конца XIII века, Данте должен был быть преисполнен благоговейного трепета перед баптистерием, грандиозным архитектурным сооружением, возведенным его городом. Я думаю, что он мог вдохновляться баптистерием в своем видении космоса, причем не только «Адом» Коппо ди Марковальдо, но и всей архитектурой. «Рай» воспроизводит структуру баптистерия с замечательной точностью, включая девять кругов ангелов и точку света, только переносит ее из двух измерений в три. Описав сферическую Вселенную Аристотеля, Брунетто уже отмечает, что за ней лежит территория божественного, а средневековая иконография уже изображала рай как Бога, окруженного сферами ангелов. В конечном счете, Данте не более чем собрал все эти существовавшие фрагменты в согласованное архитектурное целое, следуя впечатляющей архитектуре баптистерия, и разрешил древнюю проблему границ Вселенной. Сделав это, Данте на шесть столетий опередил эйнштейновскую 3-сферу.

Рис. 3.16.Интерьер баптистерия

Я не знаю, сталкивался ли молодой Эйнштейн с «Раем» во время своих интеллектуальных странствий по Италии и оказало ли живое воображение итальянского поэта прямое влияние на его догадку о том, что Вселенная может быть одновременно конечной и безграничной. Но, независимо от возможности такого влияния, я считаю, что этот пример демонстрирует, как великая наука и великая поэзия способны давать нестандартный взгляд на вещи и даже приводить к одним и тем же догадкам. В нашей культуре наука и поэзия по какому-то недоразумению разделены, а ведь они обе открывают нам глаза на сложность и красоту мира.

Дантовская 3-сфера – это лишь образ из фантазии. Эйнштейновская 3-сфера имеет математическую форму и вытекает из уравнений теории. Влияние этих идей различно. Данте глубоко затрагивает источники наших эмоций. Эйнштейн открывает путь к нерешенным загадкам нашей Вселенной. Но каждый из них являет собой пример самого красивого и значительного полета человеческой мысли.

Но вернемся в 1917 год, когда Эйнштейн пытается включить представление о 3-сфере в свои уравнения. Здесь он сталкивается с проблемой. Он убежден, что Вселенная статична и неизменна, но его уравнения говорят, что это невозможно. Нетрудно понять почему. Все притягивается, а значит, для конечной Вселенной единственный способ избежать коллапса – расширяться. Точно так же, как единственный способ для футбольного мяча избежать падения на землю – получить удар, направленный вверх. Он либо летит вверх, либо падает вниз – он не может оставаться неподвижным, зависнув в воздухе.

Однако Эйнштейн не верит в то, что говорят ему собственные уравнения. Он даже допускает нелепую физическую ошибку (не понимает, что предложенное им решение является неустойчивым), лишь бы избежать принятия того, что предсказывает его теория: Вселенная либо сжимается, либо расширяется. Он модифицирует свои уравнения, пытаясь избежать вывода о расширении Вселенной. Именно с этой целью он добавляет в приведенное выше уравнение член Λ g ab . Но это новая ошибка: сам добавленный член корректен, но он не меняет того факта, что уравнение предсказывает расширение Вселенной. При всей смелости гению Эйнштейна не хватает храбрости поверить в собственные уравнения.

Спустя несколько лет Эйнштейн вынужден сдаться: верна его теория, а не его сомнения относительно нее. Астрономы обнаруживают, что все галактики действительно удаляются от нас – Вселенная расширяется, в точности как предсказывают уравнения. Около 14 миллиардов лет назад [67]Вселенная была сконцентрирована в одной безумно горячей точке. Из нее Вселенная расширилась в колоссальном космическом взрыве. И здесь слово «космический» употреблено не риторически, а в буквальном смысле – это взрыв самого космоса, Большой взрыв.

Сегодня мы знаем, что расширение Вселенной – реальность. Убедительное подтверждение сценария, предсказанного уравнениями Эйнштейна, было получено в 1964 году, когда двое американских радиоастрономов, Арно Пензиас и Роберт Уилсон, случайно открыли излучение, заполняющее Вселенную; это излучение оказалось остатком того самого невероятного жара, который царил в молодой Вселенной. И снова теория оказалась верна в своих самых удивительных предсказаниях.

С тех пор как мы обнаружили, что Земля круглая и вертится, как безумный волчок, мы поняли, что реальность не такая, какой она окажется: всякий раз, когда мы схватываем новый ее аспект, мы испытываем глубокое эмоциональное переживание. Еще одна пелена спадает с наших глаз. Но шаг, сделанный Эйнштейном, беспрецедентен: пространство-время – это поле; мир состоит из полей и частиц; пространство и время – это не что-то иное, отличное от всей остальной природы, а просто одно из полей среди других (рис. 3.17).

Рис. 3.17.Эйнштейновский мир: частицы и поля, которые движутся по другим полям

В 1953 году ученик начальной школы пишет Альберту Эйнштейну: «Наш класс изучает Вселенную. Меня очень интересует пространство. Я хотел бы поблагодарить Вас за все, что Вы сделали, чтобы мы могли его понять» [68].

Я полностью разделяю эти чувства.

Трудно вообразить что-то более различающееся, чем два столпа физики XX столетия – общая теория относительности и квантовая механика. Теория относительности – это маленький драгоценный камень, ухваченный мыслью одного человека и основанный на соединении предшествующих теорий. Это простая и согласованная картина гравитации, пространства и времени. Квантовая механика, или квантовая теория, напротив, возникает из экспериментов в ходе долгого, четвертьвекового созревания, в которое многие внесли свой вклад; она демонстрирует беспрецедентный успех в эксперименте и ведет к практическим реализациям, которые меняют нашу повседневную жизнь (таким, например, как компьютер, за которым я это пишу); но даже спустя столетие после своего рождения она все еще окутана завесой неясности и непостижимости.