Дэйв Голдберг - Вселенная в зеркале заднего вида. Был ли Бог правшой? Или скрытая симметрия, антивещество и бозон Хиггса

Можно долго распространяться о том, как устроена физика во вселенной, где больше трех измерений. Мы обсудили, как меняется способность впитывать свет у сферы Дайсона с увеличением радиуса, и пришли к выводу, что интенсивность света падает обратно пропорционально квадрату расстояния. Закон обратных квадратов — не случайность. Он прямо следует из того обстоятельства, что мы живем в трехмерной вселенной.

То, что обратные квадраты постоянно появляются в самых разных физических формулах, описывающих нашу вселенную, объясняется той же самой причиной. Интенсивность гравитационного взаимодействия убывает пропорционально квадрату расстояния между двумя звездами. Интенсивность электромагнитного взаимодействия убывает пропорционально квадрату расстояния между двумя протонами. И т. д.

При увеличении количества измерений все причудливо искажается. Например, живи мы в четырехмерной вселенной — имели бы закон обратных кубов. А в пятимерной — закон обратной четвертой степени и т. д.

Казалось бы, разница невелика — пока не поймешь, что во вселенных более высоких измерений (со своими законами обратных кубов, четвертых степеней и т. д.) невозможны стабильные орбиты. Иначе говоря, в четырехмерной вселенной Земля либо устремилась бы по спирали к Солнцу, либо улетела бы прочь. Так что нам не выпала бы редкостная удача — примерно пять миллиардов лет нежиться на более или менее постоянном солнышке: такое, оказывается, возможно только в трех измерениях.

Это справедливо для всех тел, вращающихся по орбите, в том числе для планет, комет, звезд в галактике и т. д., однако есть и еще одно важное свойство нашей вселенной, определяемое количеством измерений, которое допускает зарождение в ней жизни. Поскольку электромагнетизм в нашей вселенной также подчиняется закону обратных квадратов, при большем количестве измерений атомы также не были бы стабильны и спонтанно схлопнулись бы. А представить себе сложную жизнь совсем без атомов, прямо скажем, затруднительно — и еще труднее представить себе подобный разговор в отсутствие жизни.

Возможно, кому-то из читающих эти строки пришло в голову, что электроны, в сущности, не вращаются по орбитам вокруг атомов, то есть вращаются, но не совсем так, как планеты вокруг звезд. Да, конечно, но если продраться сквозь уравнения квантовой механики и корректно решить задачу, столкнешься с той же трудностью. Никаких стабильных атомов. Извините.

Итак, в пространстве мы ограничены тремя измерениями — но, может быть, во времени у нас их больше одного?

Макс Тегмарк, тот самый физик из Массачусетского технологического института, который снабдил нас классификацией множественных вселенных, очень интересно пишет о том, какова могла бы быть жизнь в подобных вселенных:

Чтобы наблюдатель был способен хоть как-то применить на практике представление о самом себе и способность перерабатывать информацию, законы физики должны позволять делать хотя бы какие-то прогнозы. В отсутствие подобной строгой причинно-следственной связи у наблюдателей не только не было бы причин иметь представление о самих себе, но и едва ли существовали бы системы обработки информации вроде компьютера или мозга.

Зато для нас с нашим убогим, одним-единственным измерением времени, будущее и прошлое совершенно недвусмысленны. Это как идти по узкому коридору. В этом случае абсолютно ясно, куда это «вперед».

А вот если стоять посреди огромной бальной залы, можно пойти в любом направлении, куда захочется. Тогда «вперед» и «назад» перестают быть такими уж простыми понятиями. Так же и со временем. Во вселенной, где временных измерений два (и как минимум два пространственных), о будущем невозможно сказать ничего полезного.

В числе всего прочего, что делает наблюдателя разумным — то, что я (если предположить, что я разумный наблюдатель) могу посмотреть вокруг и, исходя из положения вещей, меня окружающих, определить с некоторой вероятностью, что произойдет еще где-то в какой-то момент в будущем. Куда упадет моя стрела, скоро ли устанет зверь, на которого я охочусь, не случится ли со мной то же самое, что и с Тук-Туком, когда он съел эти яркие ягодки. При двух измерениях времени это попросту невозможно. Математикой я вас нагружать не стану, просто поясню: основная идея состоит в том, что когда измерений времени два, будущее не очень хорошо определяется. А если нет причинно-следственной связи, невозможны предсказания и нет никакой науки. Очень трудно представить себе, как вообще принимать какие бы то ни было решения в подобных обстоятельствах.

Однако не исключено, что для развития межличностных отношений вселенная с двумя временными измерениями подходит еще хуже. Любое живое существо (и, если уж на то пошло, любая частица) двигалась бы по двум разным осям времени — t 1and t 2. Однако два времени не могут идти в точности с одной скоростью — если бы это было так, получилось бы то же самое, что вселенная с одним временным измерением. Если очутиться в такой жутковатой вселенной в одиночку, можешь и не заметить, что что-то не так. Но если у тебя есть друг, не миновать неприятностей [47] Если нужно, включите воображение. .

В нормальной обстановке, если встречаешься с кем-то о встрече, вам нужно очутиться более или менее в одних и тех же координатах пространства в течение перекрывающегося периода времени. Беда в том, что если два человека движутся по разным координатам времени с разной скоростью, то даже если они остаются в одной точке пространства, они не останутся в одном времени. То есть, проще говоря, даже если ваши личные часы идут точно, вы обречены никогда больше не увидеться с близкими, если только они не движутся по обеим временным координатам. И с одним-то временным измерением жизнь — штука непредсказуемая, а два перевернут все вверх дном.

Итак, судя по всему, у нас одно временное измерение и три пространственных. И это, похоже, идеально нам подходит. Мало того, что мы способны предсказывать будущее и жить на устойчивых орбитах — размерность нашей вселенной вместе с симметрией, фиксированной скоростью света и тем обстоятельством, что у вселенной было начало, совокупно обеспечивают нам темноту по ночам и не дают мгновенно испариться. Лично меня все это вполне устраивает.

Представьте себе, что вы с друзьями решили основать Лигу физиков-супергероев — в такое иногда играют детишки. Правда, обычно это детишки-домоседы. Кто окажется в списке? Если в вас не взыграет бес противоречия, начнете вы, скорее всего, с Эйнштейна. Так все делают [48] В моей первой книге мы с соавтором составляли подобный список — и Эйнштейн, разумеется, занял в нем первое место. Хотя с тех пор мои воззрения несколько изменились, приведу остальных из первой пятерки, если вам любопытно: это были Ричард Фейнман, Нильс Бор, Поль Дирак и Вернер Гейзенберг. . Возможно, вы назовете Макса Планка, Вернера Гейзенберга, Эрвина Шредингера или Вольфганга Паули — крупных игроков, в честь которых называли всякое разное.