Маленькая книга о Большом взрыве - Тони Ротман
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Многие физики – в том числе сторонники антропных аргументов – считают их актом отчаяния. Возможно, в эпоху, когда количественные теории постепенно становятся все более умозрительными, использование антропных аргументов действительно неизбежно. Нелепо считать, что если в теории полно сложных уравнений, она обязательно должна что-то значить. Не менее важно помнить, что антропный принцип – это принцип, а не закон природы. Многие принципы на протяжении всей истории физики помогали нам разрабатывать успешные теории. Некоторые из них оказались успешнее, чем другие. Прекрасно показал себя и космологический принцип, несмотря на то, что он, очевидно, не был до конца верен. Но как проверить принцип красоты? В физике идея красоты часто выражается через идею математической симметрии, поскольку для обеих характерны одни и те же паттерны, и хотя принципы симметрии весьма успешно показали себя в физике частиц, они, вероятно, уже себя исчерпали. Как было сказано в главе 14, Большой адронный коллайдер не подтвердил существование суперсимметрии.
Знаменитый принцип наименьшего действия является универсальным и разделяется всеми физиками. В его основе лежит идея о том, что кратчайшее расстояние между двумя любыми точками представляет собой прямую линию и что свет, например, движется по таким прямым линиям. Принцип наименьшего действия гласит, что мы можем получить уравнения для данной теории, минимизировав количество, связанное с энергией системы и известное как действие. Принцип действия произвел революцию в мире физики и лег в основу всех современных теорий. Вместо того чтобы выводить теоретические уравнения из экспериментальных данных, мы определяем действие и минимизируем его с помощью соответствующих уравнений. Эйнштейн не мог считать создаваемую им же общую теорию относительности завершенной, пока не смог вывести уравнения поля из действия[27]. Теории квантовой гравитации также начинались с определения действия. И все же мы знаем, что иногда принцип наименьшего действия приводит к неверным ответам. Если мы просто определяем действие для совершенно новой теории, как мы можем понять, что получившиеся уравнения верны, особенно когда не можем подтвердить результаты экспериментально?
* * *
В спектре принципов, на одном конце которого принцип красоты, а на другом – принцип наименьшего действия, антропный принцип, пожалуй, будет ближе к красоте. В то же время слабая версия антропного принципа, о которой мы уже говорили, не кажется такой уж бессмысленной. Как в свое время и Дикке, она задается вопросом, почему один из наблюдаемых параметров Вселенной – ее возраст – является таким, каким является. Предположительный ответ состоит в том, что известные нам законы природы тоже, в свою очередь, работают так, как они работают. Более сильные версии антропного принципа утверждают, что законы природы должны быть именно такими. В частности, они утверждают, что фундаментальные постоянные природы вроде G и h должны соответствовать нашим измерениям потому, что в ином случае Вселенная в известном нам виде просто не могла бы существовать. Например, если бы величина постоянной сильно отличалась от той, что мы имеем сегодня, звезды во Вселенной не смогли бы сформироваться, а также, вероятно, в ней не возникла бы жизнь.
Физикам довольно трудно принять сильный антропный принцип, поскольку в нем явно прослеживаются отголоски идеи божественного замысла: существование великого часового механизма предполагает существование часовщика, который его создал. Конечно, самая сильная версия антропного принципа, известная как антропный принцип участия, требует, чтобы во Вселенной рано или поздно возникла жизнь. Как правило, физики отвергают такие идеи, упрекая их в телеологии – то есть вере в то, что все происходящее в мире служит определенной финальной цели, поскольку еще со времен Аристотеля наука развивается в направлении, противоположном телеологической аргументации.
* * *
Не прибегая к антропному принципу, мы в настоящий момент не можем выявить ни на базе теории множественных вселенных, ни на базе теории струн те вселенные, что способны породить жизнь. Безусловно, это объясняется отсутствием возможности экспериментов и наблюдений, сильно ограничивающим воображение теоретиков. Даже если нам повезет достаточно, чтобы стать развитой цивилизацией, мы не сможем воспроизводить вселенные в лабораторных условиях, проверяя возможность существования мультивселенных и правильность антропного принципа.
Возможно, мы так до конца и не поймем, что происходило в планковское время или во время, предшествующее Большому взрыву, если только новые космологические теории не позволят нам туда заглянуть. Если наши теории в конце концов не позволят нам аккуратно заглянуть за границы наблюдаемого, нам действительно придется положиться на выводы математики и такие нестрогие понятия, как вероятность и красота.
Также маловероятно, что физики когда-нибудь смогут разработать теорию всего. Не стоит понимать эту теорию слишком буквально. Даже те, кто ее разрабатывает, не утверждают, что она может объяснить, почему люди влюбляются. Даже ее более скромная цель – объединение четырех сил природы – мало говорит о том, насколько она может оказаться полезной. Хотя на пути к теории всего было сделано множество открытий, огромное количество ученых все еще считают ошибкой пытаться ее создать.
Самыми успешными теориями остаются теории узкой направленности и применимости. Знание, что происходило в первые мгновения после образования Вселенной, не поможет нам рассчитать орбиты планет. Возможно, величайшее достоинство науки как раз в позволении сказать что-то важное, не рассуждая обо всем подряд. У нас нет никаких сомнений в том, что теории всегда остаются незавершенными. Даже принятая без тени сомнения теория струн, предполагающая существование десяти пространственных измерений, оставляет без ответа вопрос, почему измерений десять. Потому что ни одна теория не может ответить на все вопросы, которые с ней связаны. Независимо от того, касаются они постоянных природы или возникновения Вселенной, всегда будет оставаться что-то, что придется дописывать на полях. Большинство космологов честно признаю́т, что их задача скорее не в том, чтобы разгадать финальные загадки природы, а в том, чтобы приблизиться к этому. В общем, вы можете спать спокойно: грядущие поколения космологов продолжат задаваться все тем же вопросом…
Почему существует что-то, а не ничто?
Примечания
1
Здесь и далее, если не сказано иное, – перевод Арсена Узбекова. – Прим. ред.
2
Не так давно был подтвержден феномен, названный астрофизиками эффектом Шапиро (эффектом ОТО). Замедление времени в гравитационном поле Луны было доказано с помощью специальной системы отражения лазерного луча: уголковые отражатели на Луне позволили уточнить ряд физических характеристик системы Земля—Луна. Таким образом, сегодня человечество уже
