Карло Ровелли - Нереальная реальность. Путешествие по квантовой петле

То же самое происходит со Вселенной. Представим себе Вселенную, сжимающуюся и становящуюся чрезвычайно маленькой, сжатой под действием собственного веса. Согласно уравнениям Эйнштейна, Вселенная сжималась бы до бесконечности и полностью исчезла бы в центральной точке подобно электрону, падающему в ядро. Таков Большой взрыв, предсказываемый эйнштейновскими уравнениями, если мы игнорируем квантовую механику.

Но если принять во внимание квантовую механику, то Вселенная не может бесконечно сжиматься. Квантовое отталкивание заставляет ее отскакивать. Сжимающаяся Вселенная не коллапсирует в точку – она отскакивает и вновь начинает расширяться, как если бы она возникла в космическом взрыве (рис. 8.3).

Прошлое нашей Вселенной, таким образом, вполне может быть результатом такого гигантского отскока. Его, в отличие от Большого взрыва, называют Большим отскоком. По-видимому, он вытекает из уравнений петлевой квантовой теории гравитации, когда они применяются к расширению Вселенной.

Эту картину отскока не следует воспринимать буквально. Возвращаясь к примеру с электроном, вспомним, что если мы хотим поместить электрон как можно ближе к атому, электрон перестает быть частицей; вместо этого о нем следует думать как об облаке вероятностей. Точное положение больше не имеет смысла для электрона. То же самое и для Вселенной: мы не можем больше думать о едином, пусть и зернистом, пространстве-времени, но только о размазанном облаке вероятностей, в котором время и пространство бешено флуктуируют. При Большом отскоке мир растекается роящимся облаком вероятностей, которые по-прежнему можно описывать уравнениями.

Рис. 8.3.Большой отскок Вселенной в графическом представлении Франчески Видотто, итальянского ученого, впервые использовавшего спиновую пену для расчета вероятности этого процесса

Наша Вселенная, таким образом, может быть результатом коллапса предыдущей сжимающейся вселенной, прошедшей через квантовую фазу, в которой пространство и время растворяются в вероятностях.

Слово «вселенная» становится неоднозначным. Если «вселенная» означает «все, что существует», то, по определению, другой вселенной быть не может. Но в космологии за словом

«вселенная» закрепилось другое значение – оно обозначает пространственно-временной континуум, который мы непосредственно видим вокруг себя, заполненный галактиками, форму и историю которых мы наблюдаем. Нет оснований для уверенности, что в этом смысле данная Вселенная – единственная существующая. Мы можем реконструировать прошлое вплоть до времени, когда, по представлению Джона Уилера, пространственно-временной континуум распадается, подобно морской пене, и фрагментируется в квантовое облако вероятностей, и нет причин отбрасывать возможность, что за этой горячей пеной может быть другой пространственно-временной континуум, подобный тому, который мы воспринимаем вокруг себя.

Вероятность для Вселенной пройти фазу Большого отскока, перейдя от сжатия к расширению, можно рассчитать с помощью метода, описанного в предыдущей главе, – метода пространственно-временных коробок. Уже выполнены расчеты с использованием спиновой пены, которая связывает сжимающуюся вселенную с расширяющейся.

Всё это пока находится на стадии рекогносцировочных изысканий, но замечательным является тот факт, что у нас сегодня есть уравнения, с помощью которых можно описывать такие события. Мы начинаем осторожно, чисто теоретически, заглядывать по ту сторону Большого взрыва.

Претензии квантовой космологии идут дальше вдохновляющих теоретических исследований того, что бы могло быть по ту сторону Большого взрыва. Есть и другая причина для изучения квантовой теории гравитации применительно к космологии: эти исследования могут позволить проверить, действительно ли верна эта теория.

Наука работает, поскольку за гипотезами и рассуждениями, за интуицией и озарениями, за уравнениями и вычислениями следует проверка – на правильном мы пути или нет: теория дает предсказания о явлениях, которых мы еще не наблюдали, и можно проверить, верны они или нет. Сила науки именно в том, что ее надежность обоснована, и это позволяет нам быть в ней уверенными: мы можем проверить, верна теория или нет. Именно это отличает науку от других видов мышления, в которых решение о том, кто прав, а кто ошибается, представляет собой гораздо более трудный вопрос, порой даже лишенный смысла.

Когда Леметр защищал идею расширяющейся Вселенной, а Эйнштейн в это не верил, один из них ошибался, а другой был прав. Все достижения Эйнштейна, его слава, его влияние на научный мир, его колоссальный авторитет ничего не стоили. Наблюдения доказали, что он ошибался, – игра окончена. Скромный бельгийский священник оказался прав. Вот почему научное мышление обладает такой силой.

Социология науки проливает свет на сложность процесса научного понимания; как и любое другое начинание человека, этот процесс полон иррациональности, пересекается с борьбой за власть и подвержен всем видам социальных и культурных влияний. И тем не менее, несмотря на все это и вопреки преувеличениям некоторых постмодернистов, культурных релятивистов и им подобных, всё это не умаляет практической и теоретической эффективности научного мышления. Поскольку в итоге в большинстве случаев можно установить со всей ясностью, кто прав, а кто нет. И даже великий Эйнштейн может быть вынужден сказать: «Увы… Я ошибался!» – и он так говорил. Наука – это лучшая стратегия, если мы ценим надежность.

Это не значит, что наука – лишь искусство делать измеримые предсказания. Некоторые философы склонны ограничивать предназначение науки одними только численными предсказаниями. Они упускают суть, поскольку путают инструменты с целями. Проверяемые количественные предсказания – это инструмент верификации гипотез. Цель научного исследования не просто получение предсказаний, она состоит в понимании того, как устроен мир, в разработке и развитии картины мира – концептуальной структуры, позволяющей нам размышлять о нем. Прежде чем стать техничной, наука является эвристичной.

Проверяемые предсказания – это отточенный инструмент, позволяющий нам обнаруживать свое непонимание. Теория без эмпирического подтверждения – это теория, которая еще не сдала свои экзамены. Экзамены никогда не заканчиваются, и теория не подтверждается полностью ни одним, ни двумя, ни тремя экспериментами. Но она последовательно, шаг за шагом наращивает свою надежность по мере того, как ее предсказания оказываются верными. Такие теории, как квантовая механика и общая теория относительности, первоначально приводившие многих в замешательство, постепенно заслужили доверие, когда все их предсказания – даже самые экстравагантные – со временем подтверждались экспериментами и наблюдениями.