Мартин Рис - Всего шесть чисел. Главные силы, формирующие Вселенную [litres]

Английский философ XVIII в. Уильям Пейли знаменит своим доводом о том, что видимое строение нашей Вселенной подразумевает существование Творца точно так же, как часовой механизм подразумевает часовщика. В Кембридже Пейли получил достаточно хорошую подготовку в области математики, чтобы оценить эту тайную черту закона обратных квадратов и включить ее в свою защиту довода о Творце всего сущего. Большинство из его «доказательств творения» происходили из биологии и были опровергнуты даже теологами в постдарвиновскую эпоху. Впечатляющие адаптивные возможности глаз, конечностей и т. д. являются результатом естественного отбора, симбиоза между живыми организмами и средой их обитания. Довод Пейли о том, что закон обратных квадратов особенно подтверждает высшую благодать, сейчас кажется одним из самых здравых: нет никаких следов естественного отбора в выборе любимого закона действия сил, и ничто не могло воздействовать на Вселенную так, чтобы его изменить. Пейли писал более чем за 100 лет до того, как стало понятно, что атомы состоят из положительно заряженного ядра и электронов, вращающихся вокруг него; иначе он смог бы укрепить свою позицию, заметив, что по подобным причинам атомы были бы невозможны во Вселенной, управляемой законом обратных кубов, потому что в ней не было бы стабильных орбит у электронов.

Таким образом, если количество пространственных измерений превышает три, возникает проблема. Могли бы мы жить в мире, где их меньше чем три? Лучший довод здесь – самый простой: во «Флатландии» [40] Двумерный мир из одноименного романа Эдвина Эбботта. – Прим. ред. (или, на самом деле, на любой двухмерной поверхности) существуют принципиальные ограничения сложных структур. Невозможно создать компьютерную сеть без перекрестных соединений, и точно так же ни у какого объекта не может быть сквозного канала (например, представим себе пищеварительный тракт) без двух сторон. А в одномерном «Линейноземье» ограничения будут еще жестче.

Это только самые очевидные причины – а математики нашли и другие – того, почему мы не должны удивляться, что живем в трехмерном пространстве.

Время, конечно, является четвертым измерением, которое мы можем ощутить на себе. Чтобы обозначить событие, нам нужно четыре числа: три пространственные координаты, чтобы описать, где оно произошло, и четвертая, которая сообщает, когда оно случилось. Одно из граффити неизвестного автора гласит: «Время – это способ природы сделать так, чтобы все не происходило одновременно». Как бы то ни было, события разворачиваются вереницей вдоль дорог, веховыми столбами на которых служат стрелки часов. Но время отличается от других трех измерений, поскольку, по всей видимости, по нему мы можем двигаться только в одном направлении – «вперед», тогда как в трех других мы можем пойти в любом направлении (на восток, на запад, на север или на юг; вверх или вниз). Таким образом, нашу Вселенную лучше всего описывать как имеющую 3+1 измерения. Согласно учению Эйнштейна, пространство и время связаны и скорость, с которой идет время, «эластична», зависит от того, не находится ли владелец часов около большой массы. Но в идеях Эйнштейна сохраняется различие между пространством и временем – между тем, что находится вокруг нас, и тем, что лежит в прошлом или будущем.

«Стрела времени» настойчиво движется из прошлого в будущее. Кадры, где сняты повседневные события, смотрятся совершенно иначе, если прокрутить их задом наперед. Причина и следствие меняются местами: разбитые осколки стекла и капли жидкости выглядят так, будто целенаправленно торопятся собраться в бокал с вином. Пар, вырывающийся из чайника, конденсируется в воду. В ироническом романе Мартина Эмиса «Стрела времени» [41] Эмис М. Стрела времени, или Природа преступления. – М.: Астрель, CORPUS, 2011. , где время перевернуто, нью-йоркские таксисты «платят тебе вперед и ни о чем не спрашивают… Неудивительно, что мы потом стоим по нескольку часов, прощально махая или салютуя – отдавая должные почести такому прекрасному сервису».

Асимметрия между прошлым и будущим настолько прочно укоренилась в нашем сознании, что лишь немногие, не считая некоторых философствующих физиков, останавливаются, чтобы поразмыслить о загадках, которые она ставит перед нами. Она приводит в замешательство, потому что в основные законы, управляющие микромиром, подобная асимметрия не встроена. Мир меняется безвозвратно, хотя лежащие в его основе законы безразличны к прошлому и будущему. Кадры, на которых заснято одно-единственное столкновение двух бильярдных шаров, будут выглядеть более-менее одинаково независимо от того, прокручивают их вперед или назад, но запись всех столкновений в игре отчетливо отображает «стрелу времени». Подобным же образом наш мир выглядит направленным по определенному пути.

Мы пойманы в ловушку времени, но можем достигнуть более ясного понимания, если посмотрим с воображаемой точки зрения, находящейся «вне времени», как существа из «Сирен Титана» [42] Воннегут К. Сирены Титана. – М.: Neoclassic, АСТ, 2017. Курта Воннегута, которые воспринимали людей как «великих многоножек, на одном конце которых – ноги младенцев, а на другом – ноги стариков». Тогда наша Вселенная будет казаться статической четырехмерной сущностью – «застывшей вселенной»: «мировые линии» повседневных предметов будут менее организованы на одном конце (который мы называем будущим) по сравнению с другим (который мы называем прошлым). Но по-настоящему трудно объяснить, почему вообще существует какое-то «упорядоченное» состояние. Если на одном конце длинной струны завязан какой-то необыкновенный узор, мы будем одинаково удивлены, завязан ли он на левом конце или на правом. Подобным же образом в «застывшей вселенной», где будущее, по всей видимости, существует на равных основаниях с прошлым, мы не должны сильнее (или меньше) удивляться, обнаружив упорядоченность на старте, а не на финише.

Когда мы говорим о расширении Вселенной, мы, конечно, подразумеваем «стрелу времени» и то, что мы можем упорядочить отдельные кадры в фильм (или трехмерные слои в нашей «застывшей вселенной»), поэтому Вселенная сильнее разрежена в тех временах, которые мы определяем как «позже».

Асимметрия во времени может быть связана с расширением Вселенной. В связи с этим я уже писал в главе 8, как во время расширения тяготение усиливает первоначальные неравномерности в плотности, позволив структурам проявиться из огненного шара, который начал свое существование без заметных отличительных черт. На ранних этапах эта асимметрия не будет проявляться на местах, поскольку в то время плотность была так высока, что микроскопические процессы – столкновения частиц, излучение и поглощение фотонов и т. д. – происходили очень быстро по сравнению со скоростью расширения. В каждое мгновение все будет находиться в состоянии равновесия. Вещество не хранит никакой памяти о том, было оно ранее менее или более плотным, никакого следа не остается и на направлении течения времени. Но когда Вселенная становится более разреженной, эти реакции идут медленнее, и тогда расширение имеет огромное значение.