На лужайке Эйнштейна. Что такое ничто, и где начинается всё - Гефтер Аманда

– Привет, Фил, это Аманда Гефтер из журнала Manhattan. Я вчера была в Принстоне на симпозиуме в честь Джона Уилера и решила позвонить, чтобы узнать, не нужно ли вам какое-либо освещение мероприятия. Мы в действительности не пишем про науку в Manhattan, но физика – мое хобби. В любом случае, у меня неплохой материал, так что не стесняйтесь, позвоните мне.

Я продиктовала номер и повесила трубку. Если мы собираемся это сделать, то мы собираемся сделать это как надо, а значит – начиная с самого верха.

Фил из Scientific American перезвонил на следующий день.

– Один из наших редакторов тоже был на симпозиуме, – сказал он мне, – так что мы в значительной степени получили материал. Но если вы дадите историю под каким-то интересным углом, напишите мне на электронную почту.

Интересный угол? Я смогла бы. Я села и пересмотрела свои заметки с симпозиума. Пытаться построить статью вокруг какого-нибудь выступления – не пойдет: любой, кто был на симпозиуме, смог бы сделать то же самое. Конечно, загадочные слова Уилера «Вселенная – это самонастраивающийся контур», «граница границы равна нулю» могли бы стать таким интересным углом, но я ведь понятия не имела, что, черт возьми, он имел в виду. Требовалось нечто иное.

И я поняла, что бы это могло быть. На протяжении всего симпозиума над всеми присутствующими гигантской тенью, словно от невидимого слона, витал вопрос об антропном принципе.

Антропный принцип использует сам факт нашего собственного существования, чтобы объяснить некоторые свойства нашей Вселенной, ее размеры, физические константы, существование звезд и галактик. Если бы эти свойства были даже слегка другими, нас бы не было и некому было бы ими поинтересоваться. С одной стороны, антропный принцип является пустой тавтологией: мы существуем, следовательно, Вселенная – это то, что дает нам возможность существовать. С другой, он предлагает физикам способ объяснить, почему многие космические константы имеют такие чрезвычайно маловероятные значения – невероятные, но вполне пригодные для жизни.

Я села за компьютер и написала письмо, предлагая Филу небольшую статью под заголовком «Слова на А физикам не избежать». На конференции «Наука и окончательная реальность», написала я, физик Энди Альбрехт начал свое выступление, заверив зрителей: «Я не собираюсь использовать слово, начинающееся с буквы А».

Выражениями вроде «слово на А» заменяют слово «антропный», в котором ощущается некоторый неприятный религиозный смысл, поясняла я. Как будто Вселенную кто-то создал специально и только для нас. Это верно лишь в том случае, если наша Вселенная только одна. Логика здесь точно такая же, как и в случае с планетой Земля. Наша домашняя планета находится на идеальном расстоянии от Солнца, что позволяет воде оставаться в основном в жидком состоянии. Если бы Земля была ближе к Солнцу, то вода превратилась бы в пар, если дальше – превратилась бы в лед. Если бы Земля была единственной планетой в Солнечной системе, ее свойство обладать водой в жидком виде казалось бы нам чудом. Но если имеется целое семейство других планет, вращающихся на разных расстояниях от Солнца, то вряд ли можно считать чудом, что мы оказались на той из них, которая лучше всего подходит для жизни: мы здесь, потому что это единственное место среди множества других мест, в котором мы можем существовать. Таким же антропным отбором можно объяснить свойства Вселенной, пригодной для жизни. Цена такого объяснения – всего лишь несколько триллионов дополнительных вселенных. Но такое объяснение не всех устраивает. Физики хотят объяснить свойства Вселенной, опираясь на логическую и математическую неизбежность. Они хотят, чтобы мир был таким, каков он есть, потому что только такой мир может существовать. В противоположность этому, согласно антропному принципу, вселенные могут быть любыми.

Так что, принимая это во внимание, все попытки не упоминать «слова на А» кажутся немного странными. «В конце концов, – писала я, – именно Уилер дал свое знаменитое описание интерактивной Вселенной, и ему принадлежит вопрос: „На каком еще принципе могла быть построена познаваемая Вселенная, кроме как на принципе познаваемости?“ Уилер не верил ни в то, что Вселенная была предназначена для нас, ни в то, что она – небольшой островок в огромной мультивселенной. Он считал, что Вселенная была предназначена для наблюдателей, поскольку именно наблюдатели как-то ее создали».

Я отметила, что на этой конференции премия конкурса молодых ученых в области физики в $10 000 была вручена сотруднице Института теоретической физики «Периметр» в Канаде Фотини Маркопулу за ее работу по петлевой квантовой гравитации. В своей работе она доказывает, что космология должна описывать Вселенную так, как ее видит наблюдатель, находящийся внутри нее. В конце концов складывается впечатление, что чем глубже мы проникаем в тайны космоса, писала я, тем больше мы приближаемся к самим себе.

И я нажала «отправить».

Фил сразу же прислал ответ по электронной почте. Он пояснил, что тема антропного принципа уже поднималась на страницах журнала Scientific American, но их заинтересовала история с Фотини Маркопулу.

– Что вы знаете о петлевой квантовой гравитации? – спросил он.

Что я знала о петлевой квантовой гравитации? Чуть больше чем ничего. Я позвонила отцу и прочитала ему письмо.

– Ну, хорошо, – сказал он. – Ты все-таки попыталась.

– Попыталась? – возразила я. – Игра только начинается. Это был пробный выстрел!

– Ладно, но…

– У нас всего одна ночь, чтобы разобраться, что такое петлевая квантовая гравитация.

– Ты шутишь, – сказал он. – Почему одна ночь?

– Если я не напишу ответ завтра, то будет казаться, что я взяла тайм-аут, чтобы разобраться с этим. А все должно выглядеть так, будто я знаю про нее в совершенстве. У нас не так много времени – начинай читать и перезвони мне через несколько часов!

Как смогла, я попыталась собрать вместе все, что когда-то читала. Петлевая квантовая гравитация была попыткой объединения общей теории относительности и квантовой механики – двух столпов современной физики, каждый из которых казался достаточно надежным, но друг другу они противоречили. Только такое объединение открывало доступ к белому пятну на карте, где ничто превращается в нечто, где H-состояние становится миром. «Квантовая гравитация нужна, чтобы понять сингулярность, – написала я в блокноте. – Понять ничто». В петлевой квантовой гравитации пространство рассматривается с минимального расстояния, чтобы увидеть природу в максимально возможном приближении и разглядеть, какие драконы там водятся.

Уже то, что у природы есть предел для масштаба длин, довольно трудно понять. У меня в голове не укладывается, как это возможно – взять крошечный кусочек пространства и увеличивать его, увеличивать, все глубже и глубже всматриваясь в него, и достичь наконец глубин, дальше отстоящих от меня, чем вся видимая часть Вселенной, и все это прямо здесь, на кончике пальца. Другая вселенная, намного большая нашей Вселенной, умещается у меня на ладони! Только так не может продолжаться вечно. На масштабе одной миллионной миллиардной миллиардной миллиардной сантиметра вы постучитесь в дно реальности. Извините, друзья, вы дошли до конца – до края Вселенной.

Пространство заканчивается на так называемом планковском масштабе, потому что здесь квантовая механика и общая теория относительности объединенными усилиями искривляют пространство-время до того, что оно рвется. Высокая плотность гравитационных сил производит море черных дыр, которые Уилер назвал «пространственно-временной пеной».

Это, на первый взгляд, противоречит интуиции: обычно, когда вы имеете дело с маленькими объектами, силы гравитации пренебрежимо малы. Сила тяжести действует на массу, и вам нужна довольно большая масса, прежде чем вы заметите притяжение. Даже на человеческом масштабе силы тяготения не очень значительны. Магнит на холодильнике, прижимая лист бумаги, перевешивает притяжение всей планеты. А для протонов и электронов сила тяжести вообще едва ли существует.