Апгрейд обезьяны. Большая история маленькой сингулярности Никонов Александр
Так и в вопросе о том, что было до сингулярности. В нем ведь стоит словечко «до». А оно предполагает шкалу времени, на которой относительно любой произвольной точки можно выбрать состояние «до» (слева) и состояние «после» (справа). А если эта шкала — не прямая линия, а луч? Левее начальной точки у луча нет ничего. Соответственно, вопрос о том, что было «до» сингулярности, лишен смысла. Потому что времени не было.
А почему физики говорят, что времени не было? А потому, что не было событий.
Услышьте, что я сказал! Это очень важное замечание — про события. Доверчивый мой друг Валера Чумаков, который верит не только в существование Бога, но и в разные другие глупости, всерьез утверждает, что в далеком светлом будущем люди изобретут машину времени и начнут вовсю путешествовать туда-сюда. Как эта вера в машину времени сочетается у него с верой в христианского Бога, я не совсем представляю. Впрочем, может быть чудесное воскрешение Христа — дело рук пришельцев из будущего? Не будем фантазировать. Мы-то знаем, что времени нет.
Времени нет. Есть движение материи в пространстве, которое воспринимается нами как время.
Я пытался объяснить это Валере. Но порой простые вещи воспринимаются людьми очень тяжело…
— Валера! Для того, чтобы попасть в прошлое, нужно «всего лишь», чтобы все атомы, все излучения, все элементарные частицы во Вселенной были расположены так, как они были расположены в тот момент времени, в который ты хочешь попасть — в тех же пространственных координатах и с теми же импульсами. Ну, кроме тех молекул и атомов, разумеется, которые составляют тебя, ведь ты же хочешь погулять по прошлому, а не превратиться в младенца или исчезнуть… Как ты понимаешь, Валера, это невозможно. По многим причинам. Нет такой энергии во Вселенной, чтобы переставить все ее частицы в нужное положение и запустить. Нет такого механизма, чтобы заставить их это сделать. Нет полной информации, где и как располагались все частицы Вселенной, допустим, 25 октября 1917 года. (А уж если учесть принцип Гейзенберга, который иначе называют принципом неопределенности, задача представляется совсем туманной… Принцип Гейзенберга гласит, что мы принципиально никогда не можем знать одновременно и импульс (скорость) и координату частицы. Но о Гейзенберге ниже.)
Время — такая же искусственная придумка физиков, как энергия. Ведь энергии тоже не существует! Энергии не существует «в чистом виде». Есть движение, воспринимаемое как мера кинетической энергии. Есть высота подъема тела, воспринимаемая как потенциальная энергия. Есть электромагнитное излучение, которое физики иногда действительно обзывают энергией. Но это лишь фигура речи. Такая же как «чайник закипел». Чайник ведь не кипит, кипит вода в чайнике. Просто после того, как Эйнштейн написал свою великую формулу Е=mc2, стали говорить, будто наука установила связь между энергией и массой. На самом деле с помощью эйнштейновской формулы стало возможно выразить любую энергию в единицах массы (килограммах), а любую массу в единицах энергии (джоулях). Не более. А в физическом смысле формула установила связь между веществом и излучением. Излучение — это не энергия. Излучение — это материя. Материя имеет три ипостаси — вещество, поле, вакуум. А фикцию энергии физики придумали для обсчета процессов. И так к ней привыкли, что стали уже воспринимать как нечто самостоятельно существующее.
Вот и время есть лишь некая придуманная величина, удобная для расчетов. В мире нет энергии. В мире нет времени, есть только движущаяся материя. Собственно, время всегда и измеряется по равномерному движению — ходом стрелки в часах, пересыпанием песка в стеклянной колбе, оборотами Земли вокруг Солнца.
А вот почему время направленно? Действительно, в пространстве можно двигаться как направо, так и налево, как вперед, так и назад, а во времени — только вперед. Почему существует стрела времени? По той же самой причине: времени нет. Время проявляется через законы движения материи. А они таковы, что некоторые процессы идут направленно. Это, собственно, и воспринимается нами, как стрела времени.
Например, тепло от горячего тела передается менее нагретому. Почему? А чисто статистически. Ведь тепло — мера скорости частичек тела. Горячие, то есть быстрые частицы, стукаясь с холодными, передают им часть своего импульса, скорости уравниваются. Конечно, теоретически возможен вариант, когда медленная частичка так удачно стукнет быструю, что скорость быстрой еще больше увеличится, а медленная совсем остановится. Но это крайне маловероятное пространственное сочетание скоростей и направлений движения (медленный атом «догнал» сзади быстрый и подтолкнул под определенным углом). Чаще всего происходят обычные хаотичные соударения, выравнивающие скорости. Так что знаменитое Второе начало термодинамики, запрещающее передачу тепла от холодных тел горячим, носит чисто статистический характер. И тепловая смерть Вселенной, предсказанная Клаузиусом — дитя статистической физики… Это — термодинамическая составляющая стрелы времени. Есть и иные составляющие.
При столкновении двух протонов получается ядро «тяжелого водорода», позитрон и нейтрино:
Это одна из тех реакций, которые идут в недрах звезд небольшой массы. Теоретически все реакции в природе обратимы. Но! После столкновения нейтрино улетело прочь из звезды со скоростью света — и поминай, как звали. Теоретически можно представить себе встречу тяжелого водорода, позитрона и шального нейтрино. Однако вероятность этой встречи, во-первых, чрезвычайна мала. А во-вторых, нейтрино практически не взаимодействует с веществом. Эта шальная частичка может леко прошить свинцовую плиту толщиной от Земли до Солнца. Так что и по этой причине вероятность обратной реакции ничтожна. Потому звезды и светят, что идут в них направленные (необратимые) реакции.
Потому и существует то, что мы воспринимаем, как направление времени, как необратимость. Которая на самом деле — лишь направленные реакции.
Итак, мы не можем сказать, что было «до» сингулярности. Зато мы можем сказать, что было после. И высказать, некоторые предположения о том, как она возникла.
Представим себе: время от Сотворения — ноль. Сингулярность — бесконечная плотность, бесконечная температура, бесконечно малый размер. Точка. Точка отсчета.
Начали! Когда с момента начала мира прошло 10-35 секунды, Великое Взаимодействие перестало существовать… Так… Кажется, я изрядно влип. Теперь мне придется объяснять, что такое Великое Взаимодействие. Материальчик еще на пару-тройку популярных книжек…
Признаться, я испытываю некоторые затруднения, раздумывая над этой частью книги. Мне совершенно не ясно, что и в какой мере требует пояснения. Нужно ли мне излагать школьный курс, или читатель не дурак и примерно представляет, как устроено вещество и чем отличается нейтрон от протона. Во всяком случае я очень хочу на это надеяться, чтобы иметь возможность не пересказывать то, что и так должен знать любой культурный человек. Мне не хочется верить, что среди моих читателей есть люди, которые не понимают принципов организации таблицы Менделеева и не в курсе физического смысла номера химического элемента. А если подобные люди еще существуют, им нужно прекратить чтение данной книги, пойти и немедленно повеситься. Так выйдет гораздо гуманнее для всего цивилизованного человечества. Не тяните, умоляю вас…
Вы еще здесь?.. Ладно, читайте дальше, дядя шутит…
И все-таки в дебри физики мы с вами углубляться не будем. Скажу вкратце, для справки, что любые события, происходящие в нашем мире, объясняются только четырьмя главными физическими взаимодействиями — гравитационным, сильным, слабым, электромагнитным.
Гравитационное взаимодействие отвечает за всемирное тяготение. За вращение Земли вокруг Солнца, за то, что мы ходим по нашей планете, а не улетаем с нее к чертовой матери. Любой предмет, имеющий массу, притягивается к любому другому массивному предмету. Таково проявление одного из свойств вещества — массы.
Другое свойство вещества — электрический заряд. Если «гравитационный заряд» имеет как бы один знак (все тела массивны, а все массы притягиваются), то электрических зарядов два — положительный и отрицательный. Одноименные заряды отталкиваются, разноименные притягиваются, все хорошо… Это называется электромагнитным взаимодействием. Электромагнитное взаимодействие отвечает почти за все, что мы наблюдаем вокруг себя, за всю химию, биологию, упругость, силы трения… Химические, биологические, механические реакции — это все разные проявления электромагнитного взаимодействия.
Сильное взаимодействие — это внутриядерные силы, они отвечают за связь протонов и нейтронов в ядре атома. Если бы не эти чудесные силы, атомные ядра вмиг разлетелись бы под действием сил электростатического отталкивания, ведь они сложены из одноименно заряженных частиц — протонов!
Наконец, слабое взаимодействие. Его еще называют распадным. Оно отвечает за превращения элементарных частиц в микромире. При слабом взаимодействии, как правило, выделяется нейтрино. Если бы не нейтринные реакции, не светило бы нам солнышко!
Считается, что в первое мгновение существования мира, когда размер Вселенной составлял несколько микрон, четыре мировых взаимодействия были неотличимы друг от друга и представляли собой одно Великое Взаимодействие. Все усилия физиков сейчас направлены на разработку теории, которая объединила бы четыре взаимодействия в одно, суперсимметричное взаимодействие. Это было бы здорово и многое объяснило бы в мире, но пока что удалось разработать только модель электрослабого взаимодействия, объединив в одно электромагнитное и слабое…
Но вернемся к нашему миру, которому 10-35 секунды от роду. Температура мира в этот момент составляла 1014 ГэВ, а плотность его была 1080 г/см3. Чтобы вы имели представление о том, что такое 1014 ГэВ, я скажу, что это 1027 градусов Кельвина.
То есть температура мира на тот момент была 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 градусов по Кельвину. Или по Цельсию, тут уж без разницы.
А возраст мира составлял 1/100 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 долю секунды.
При этом диаметр Вселенной равнялся 10 сантиметрам. Немногим больше теннисного мяча.
Именно в этот миг гравитационное взаимодействие отделилось от Великого, повысив разнообразие мира «на единичку». Это и было первым шагом эволюции. Что вообще такое эволюция? Эволюция — это процесс усложнения материальных систем.
Дальше Вселенная стремительно раздувалась, «обменивая» температуру на пространство. Энергия (температура) Вселенной быстро падала, а сцена для будущих действий (пространство) стремительно расширялась. (Позже знаменитый физик Александр Линде назовет это стремительное расширение инфляцией). Механизм эволюции запустился.
В первые мгновения не было никакой разницы между веществом и излучением — они были симметричны, неразличимы. В многочисленных столкновениях вещество превращалось в поле, а поле в вещество. Позже вещество и излучение разделились. Отделилось сильное взаимодействие, и их стало уже три — гравитационное, сильное и электрослабое.
В момент времени 10-12 секунды наконец слабое взаимодействие отделилось от электромагнитного. Плотность мира тогда составляла 1020 г/см3, температура 1016 °К, а размер приближался к миллиарду километров.
Шло время. И в момент, когда Вселенной стукнуло 10-6 секунды, а ее температура упала до величин совсем уже неприличных 1013 °К, бедняжку раздуло до 100 миллиардов километров, а кварки начали слипаться и формировать нейтроны и протоны. Здесь необходимо маленькое пояснение. Как известно, практически все вещество, которое мы видим вокруг себя, «сделано» из трех элементарных частиц — протона, нейтрона и электрона. Сейчас физики, которые занимаются элементарными частицами, предполагают, что протоны и нейтроны строятся из более мелких частичек — кварков. На этом предположении они даже построили новую теоретическую науку — квантовую хромодинамику. Наука хорошая получилась, вот только проверить ее на практике никак невозможно: чтобы разбить протон на кварки, необходимо приложить совершенно невообразимую энергию, которая существовала в первые мгновения жизни Вселенной. Тогда энергии горячей Вселенной хватало для того, чтобы отрывать кварки друг от друга. Теперь настали иные времена.
Это очень важный момент в понимании механизмов эволюции! Тех самых механизмов, которые действуют на всех природных уровнях. Запомните первое правило эволюции: как только энергия связи между частичками становится выше шальной энергии среды, так появляются первые структуры, которые среда уже не может разрушить: силенок не хватает. Почему не растворяется и не рассыпается камень? Потому что энергия окружающего его воздуха недостаточна для того, чтобы разорвать связи внутри камня, Но если мы начнем повышать энергию среды, камень рано или поздно расплавится и растечется.
Брак — это совместное сожительство двух человеческих частичек. Но если мы начнем повышать агрессивную энергию среды, создавать людям невыносимые трудности в жизни, их брак распадется. Энергия среды превысит энергию брачной связи.
Впрочем, до браков нам еще далеко, у нас пока что прошло только 10-6 сек. Вселенная представляла собой кашу из лептонов, излучения, протонов и нейтронов. Посмотрим, что стало с этой кашей дальше.
Поскольку взорвавшаяся Вселенная расширяется, ее температура падает — и вещественные структуры еще больше усложняются. Когда с момента рождения мира прошла одна десятая доля секунды, температура мира упала до 30 миллиардов градусов. В это время начали формироваться первые ядра гелия (два протона, два нейтрона) и дейтона (тяжелого водорода).
Важный момент — практически все частицы новорожденной Вселенной к этому моменту уже проаннигилировали со своими античастицами, то есть взаимоуничтожились, превратившись во вспышки света. В «живых» остался мизер — одна миллиардная часть того, что было. Дело в том, что частиц оказалось на одну миллиардную долю больше, чем античастиц. Вот из этой одной миллиардной и состоит теперь весь наш мир. Лишь одна миллиардная часть того, что было, осталась! Я говорю это затем, чтобы вы поняли второе эволюционное правило — количество неудачных попыток на много порядков превышает количество удачных. Природа действует без плана. Природа действует вслепую. Методом проб и ошибок. Поэтому ей приходится работать с большим запасом. Например, чтобы получился мир, ей «пришлось» создать вещества в миллиард раз больше необходимого.
И сразу третье правило эволюции: с течением времени число удачных попыток растет! Из миллионов семян одуванчика выживает одно-два. Из 1 145 000 устриц-мальков выживает одна. Поэтому, чтобы продолжить вид, устрица откладывает 150 000 000 икринок. Космические цифры, правда?.. Но с повышением уровня организации материи число удачных попыток возрастает. Чтобы выжил десяток мальков осетра, природе уже не нужны миллиарды икринок, достаточно тысяч. Полвека — век назад в крестьянских семьях выживало до половины родившихся детей. Сейчас у современных горожан выживают почти все. Это наглядное действие эволюции. К этому действию мы еще вернемся не раз.
…Итак, минула тысяча лет. Вселенную раздуло еще больше, ее температура упала до 30 000 градусов (1 эВ), и стало возможным появление первых атомов. Дело в том, что энергия связи электрона с ядром атома равна 1 эВ. И как только энергия среды упала ниже этой отметки, электроны перестали отрываться от ядра.
Прошло 200 миллионов лет. Температура Вселенной упала примерно до 300 °К. Начали формироваться более сложные структуры — звезды. Они конденсировались из межзвездного газа, который состоял в основном из водорода с примесью гелия. (Еще несколько лет назад считалось, что первые звезды зажглись только через миллиард лет после начала мира, однако последние астрономические данные сократили этот срок впятеро.)
Дальнейшая эволюция вещества шла уже в недрах звездных топок. Все, что стоит в периодической системе химических элементов правее и ниже гелия, то есть практически вся таблица Менделеева — это продукт звездных фабрик. В результате ядерных реакций, которые я сейчас не буду приводить, чтобы совсем не распугать читателей, в недрах первого поколения звезд было произведено то вещество, из которого состоим мы с вами — все эти углероды, магнии, кислороды, железо… в общем, все, кроме трансурановых. Химические элементы, расположенные в таблице Менделеева правее железа, вырабатываются при взрывах сверхновых звезд.
В зависимости от массы звезда может либо тихо угаснуть, либо взорваться. Некоторые звезды взрывались, раскидывая по галактике наработанный материал. Межзвездная пыль под воздействием гравитации конденсировалась в пылевые облака, из которых формировалось второе поколение звезд — уже с планетными системами. Из этих веществ сформировались и мы. Так что кто-то из астрономов был совершенно прав, когда сказал, что люди состоят из пепла умерших звезд. Это не поэтическая фраза, это простая констатация факта.
Вообще процесс формирования и горения звезд весьма интересен, и я бы обязательно уделил ему побольше места, но боюсь уже злоупотреблять вниманием читателя. Упомяну лишь, что эволюция вещества в межзвездных просторах доходит до органических соединений. То есть органические вещества впервые появляются не на планетах, как думают многие, а прямо в межзвездной пыли.
В штате Аризона, в обсерватории Китт Пик стоит работающий на миллиметровых волнах радиотелескоп, специально предназначенный для поиска в межзвездном газе молекулярных соединений. С его помощью было установлено, что туманность Ориона является так называемым ГМО — гигантским молекулярным облаком. И в составе этого облака присутствуют такие сложные органические соединения, как метил, формальдегид, изоциановая кислота, муравьиная кислота, метанол, метиламин, диметиловый эфир и другие. К слову сказать, многие из этих органических молекул являются основой молекулы ДНК.
…Это все примеры физической и химической эволюции вещества. До эволюции биохимической и следующей за ней биологической, а также социальной мы пока еще не добрались. Нам нужно решить еще один вопрос, о котором в звездных скитаниях мы как-то позабыли — а откуда возникла сингулярность?
Глава 3
Вселенная возникла из ничего за просто так
Да, это правда. Если, конечно, считать «ничевом» тот первичный бессобытийный вакуум, в котором возникла наша чудесная сингулярность — зерно Вселенной.
Между тем вакуум вовсе не «ничего». Вакуум не пустота, как многие полагают. С тех пор, как Дирак обозвал вакуум морем виртуальных частиц, мнение физиков о вакууме кардинально изменилось. Это раньше он был «пустым вместилищем вещей», а ныне превратился в представлении ученых в полноценную материю, пусть и с несколько необычными свойствами.
Вакуум представляет собой океан виртуальных, то есть никак не проявленных частиц. Частиц без всяких свойств! Частиц в особом, «нулевом» состоянии. Представить себе это непросто. Ведь если что-то никак не проявляет себя в этом мире, значит, оно не существует! Почему тогда физики говорят, что вакуум — море виртуальных частиц? Почему не табуреток? Не арбузов? Ведь и вакуумные табуретки, и вакуумные арбузы тоже никак не проявляют себя в этом мире! А дело в том, что вакуум постоянно «кипит» — виртуальные частицы все время на мгновение выныривают в реальность, то есть появляются из ничего и тут же исчезают. По закону сохранения заряда возникают частицы из вакуума только парами — частица вместе с античастицей, например, электрон — позитрон, протон — антипротон… Пары возникают и сразу схлопываются.
Схлопываются они так быстро, что «увидеть» их невозможно. Но можно успеть растащить. Если приложить к вакууму сильное электромагнитное поле, то можно растащить в разные стороны возникшие электрон и позитрон, прежде, чем они схлопнутся. Такие опыты были поставлены.
Был обнаружен еще один эффект, говорящий о том, что вакуум непрерывно порождает и съедает частицы. «Если вакуум действительно кипит, то электрон-позитронные пары, которые образуются вокруг реального атома, должны вносить небольшие коррективы в движение электрона по атомной орбите — экранировать заряд электрона от внешнего наблюдателя» — рассуждали физики. Эти эффекты были обнаружены экспериментально и названы лэмбовским сдвигом.
…Чует мое сердце, что вакуум преподнесет нам еще немало сюрпризов. Кажется, один он уже преподнес…
В самом конце XX века в Беркли (штат Калифорния) состоялась конференция на тему «Наука и духовные искания». На нее съехались более трехсот светил физики и биологии со всего мира. В большинстве своем верующие. Один из участников — Чарлз Таунс, который в 1964 году вместе с Басовым и Прохоровым получил «нобелевку» за создание лазера — сказал: «Мне кажется, за законами мироздания скрывается разумное существо».
Ну, сказал и сказал. Мало ли, кто что говорит. Но в общем контексте конференции это прозвучало так, что даже такой серьезный журнал, как «Newsweek» вышел с заголовком «Наука открывает Бога».
Конечно, «Newsweek» поторопился со своим заголовком. Во-первых, большинство ученых все-таки люди неверующие. Журнал «Nature» опубликовал данные опроса среди американских ученых. Оказалось, что даже в пуританской богобоязненной Америке, где атеистом быть неполиткорректно, неприлично (все равно что признаться вслух в инцесте) и даже подозрительно, лишь сорок с небольшим процентов ученых признались, что верят в «личного Бога». Обратите внимание — в «личного Бога». Эта расплывчатая формулировка — почти эвфемизм слова «агностик». А агностиками (то есть людьми, сомневающимися в существовании Бога) обычно называют себя те американцы, которым стремно лепить себе на лоб непристойное слово «атеист».
Во-вторых, наука не может «открыть» Бога, скорее, она его постоянно закрывает. Даже искренне верующие ученые решительно изгоняют Бога из своей вотчины — физики из физики, биологи из биологии… Просто потому, что таков научный принцип — искать естественные объяснения реальности, а не сверхъестественные. Ни один ученый не использует гипотезу Бога в своих исследованиях. Поскольку использовать такую гипотезу означает просто прекратить думать и начать молиться.
Между прочим Ватикан не без интереса отнесся к вышеупомянутой конференции верующих ученых, которые хотели «примирить» веру с наукой. И это при том, что каждый конкретный ученый решительно вытеснял Бога за пределы своих знаний, отодвигая его либо в область непознанного, либо в эфемерную область «духа»… Папа Иоанн Павел II вообще к науке относится лояльно. Он реабилитировал Галилео Галилея и Чарлза Дарвина, извинился за мелкие неприятности, доставленные Европе святой инквизицией, а в своей энциклике от 1998 года даже предложил ученым и церкви заключить «перемирие».
Ватикан уже не протестует против происхождения человека от обезьяны. Сломив сопротивление наиболее реакционного крыла попов, Папа, припертый к стенке научными фактами, признал и благословил дарвиновское учение об эволюции, заявив: «Не будем спорить, все равно биологи разбираются в этом лучше».
По сути, у Папы осталась только одна область науки, за которой может прятаться Бог, — космогония. Парадокс: та самая космогония, которая когда-то смертельно рассорила науку и церковь, из-за разных взглядов на которую заживо сгорел на костре несчастный Джордано Бруно, после открытия Большого взрыва заставила поникшую церковь вновь встрепенуться. «Признание Большого взрыва только облагородило облик Бога!» — воскликнул ватиканский астроном и иезуитский патер Вильям Штегер.
Действительно, если мир начален, если был Первотолчок, то… Бог опять очень удачно нарисовался в качестве Первопричины. Кто сделал этот Первотолчок, кто сотворил сингулярность? Почему бы не Бог?
Любопытно, что одним из создателей теории Большого взрыва был молодой бельгийский священник и астроном Жорж Леметр. В 1931 году он опубликовал теорию, по которой мир произошел из «первоатома», который взорвался, и из него вылетели время, пространство и материя. «Становление мира, — писал Леметр, — можно сравнить с отгорающим залпом фейерверка. Мы стоим на остывшей лаве и смотрим, как медленно гаснут солнца». Эту теорию он придумал в конце 1920-х годов после посещения обсерватории Маунт-Вилсон в Калифорнии. Именно там Эдвин Хаббл обнаружил, что галактики разлетаются в разные стороны, как осколки гранаты. Леметр экстраполировал их движение в обратную сторону и придумал Большой взрыв. Его гипотеза потом стала общепризнанной теорией.
Из теории Большого взрыва вытекали два предположения относительно дальнейшей судьбы мира — разлет галактик либо прекратится, заторможенный силой всемирного тяготения, либо продолжится.
В первом случае после остановки галактик начнется их ускоряющееся стягивание, и Вселенная опять схлопнется в сингулярность. Ничто не сможет выжить в этом кошмаре, мы же знаем, что такое сингулярность — в ней нет ни времени, ни пространства, ни даже элементарных частиц. Зато потом сингулярность опять взорвется новой вселенной…
Во втором случае разбег галактик будет продолжаться вечно. Звезды в конце концов погаснут, и в темном пространстве останутся холодные комки материи в виде остывших звезд и планет. Возможен и еще более неприятный вариант — распадется само вещество. Это зависит от того, вечен ли протон. Раньше считалось, что протон — частица вечная. Потом у физиков-теоретиков появились предположения, что время его жизни хоть и огромно, но все-таки конечно. Проводились даже эксперименты — ученые искали случаи спонтанного распада протонов. Не нашли. То ли протон все же вечен, то ли время его жизни больше, чем предположили.
Если протон не вечен, вещество во Вселенной — все эти остывшие холодные куски материи через неисчислимые биллионы лет распадутся и остается только излучение, нейтрино и редкие электроны и позитроны. Причем одну частицу от другой будет отделять расстояние, в миллиарды раз превышающее размеры сегодняшней Вселенной. Кошмар пустой вечности, в которой нет никаких структур, а только хаос.
Но дело сейчас не в этих частностях — распадется протон или не распадется. Дело в том, что если Вселенная живет по первому сценарию, пульсирующему — то взорвется, то опять схлопнется, — Бог делается ненужным. Вселенная (точнее, вселенные) существует как бы вечно, и ни в каком Создателе вроде бы не нуждается.
А во втором случае — бесконечного раздутия — вроде бы нуждается!
От чего зависит сценарий жизни Вселенной? Расчеты говорят: от средней плотности Вселенной. Если она больше критического значения, значит, общая масса, содержащаяся во Вселенной, такова, что ее взаимопритяжение затормозит разбег и начнется сбег галактик. Если средняя плотность меньше — разлет будет продолжаться вечно. Точная величина средней плотности Вселенной неизвестна. Но!
Но в последнее время (если быть точным, за последние годы XX и первые годы XXI веков) появились новейшие данные, которые проясняют дальнейшую судьбу мироздания. Они свидетельствуют о том, что разлет галактик никогда не сменится сжатием. Но и вечным этот разлет не будет! Как же так?! Ведь выше мы писали, что если Вселенная не пульсирует от сингулярности к сингулярности, значит, она вечна в одну сторону — в будущее. Но тут внес свою лепту новый радиотелескоп «Хаббл»…
Космический телескоп «Хаббл» обошелся американцам в полтора миллиарда долларов. Когда в 1990 году его запустили в космос, он стал самым дорогим спутником в истории человечества. Но это еще не все! Три года спустя к нему пришлось послать экспедицию из семи астронавтов на шаттле, поскольку выяснилось, что оптика телескопа слабовата для тех наблюдений, которые хотели получить ученые. Переоборудование телескопа на орбите обошлось еще в миллиард долларов.
Что же приобрело человечество за два с половиной миллиарда американских денег? Новые знания о начале и конце Вселенной.
Телескопу удалось заглянуть в прошлое на 12 миллиардов лет и понять кое-что о начале Вселенной. Ведь телескопы — это машины времени. Чем они чувствительнее, тем дальше заглядывают в пространство и, соответственно, во время. От Луны до Земли излучение идет одну секунду. От Солнца — 8 минут. Мы видим Луну, какой она была секунду назад. Мы видим Солнце, каким оно было 8 минут назад. Мы видим звезду альфа Центавра такой, какой она была 4,3 года назад, потому что до нее 4,3 световых года.
«Хаббл» заглянул на 12 миллиардов — все равно, световых или обычных, — лет. Еще немного, и мы заглянем еще дальше, еще ближе к первым мгновениям мироздания.
«Хаббл» изучал сверхновые. Сверхновые, как вы знаете, — это взорвавшиеся звезды. Их пойманное телескопом излучение принесло настоящую сенсацию — оказалось, что ускорение разлета галактик во Вселенной растет, вместо того, чтобы падать! Это очень странно. Ведь гравитация должна тормозить первичный толчок Большого взрыва. И то, что они не тормозятся, а, напротив, ускоряются, было для астрономов совершенно неожиданным.
Оказывается, какая-то сила властно расталкивает Вселенную. Пространство (по сути — вакуум) пухнет, как тесто, разнося изюминки галактик, содержащиеся в нем, все дальше и дальше друг от друга. Что же играет роль дрожжей? Подсчитано, что три четверти всей суммарной энергии Вселенной приходится именно на долю этой таинственной расталкивающей силы, возникающей из пустоты, из ничего, из вакуума. Может быть, Бог и есть Ничто?
Физикам пришлось вспомнить о ненавидимой эйнштейновской лямбде — константе «космического расталкивания». Сейчас и физики, и журналисты ее называют темной энергией, такой термин утвердился. Но если последние видят в темной энергии нечто чуть ли не мистическое, первые говорят о ненулевой плотности вакуума. Раньше считалось само собой разумеющимся, что плотность пустоты равна нулю. Плотность воды равна единице — в одном кубическом сантиметре воды содержится один грамм этого вещества. В одном кубическом сантиметре железа около восьми грамм вещества. А сколько вещества в пустоте? Нисколько! Ноль грамм! Поэтому-де и плотность вакуума должна равняться нулю.
Но вакуум — не пустота. Вакуум — море непроявленных частиц. А еще в вакууме всегда есть какое-то электромагнитное поле. И если плотность вакуума отлична от нуля, это и может производить эффект расталкивания вещества во Вселенной.
Вот один из сценариев дальнейшей жизни Вселенной. С учетом вакуумного расталкивания его разработал профессор Роберт Колдвелл из Калифорнийского технологического института. У него получилась Теория большого разрыва, согласно которой через 22 миллиарда лет темная энергия разорвет Вселенную на элементарные частицы.
Сейчас наш мир находится на плато-фазе своего развития, то есть все более-менее спокойно. Но потом процесс пойдет по нарастающей, ускоренно, взрывообразно, по экспоненте… За 60 миллионов лет до Конца света Млечный путь разлетится на отдельные звезды. За три месяца до Большого разрыва темная энергия вакуума оторвет от Солнца планеты, которые разлетятся во все стороны. За месяц до конца света начнут разлетаться газовые шары звезд. Затем, за полчаса до Конца света начнут взрываться планеты. За несколько секунд до Конца света разлетятся на отдельные атомы молекулы. За 10-19 сек до Конца света электроны посрывает со своих атомных орбит. Чуть позже развалятся атомные ядра, разлетевшись на отдельные протоны и нейтроны. Вселенная снова станет безвидна и пуста.
Этот печальный сценарий будет реализован, если:
1) Колдвелл прав в своих расчетах и предположениях;
2) данные астрономических наблюдений за сверхновыми интерпретированы правильно.
А между тем всемирно известный физик Андрей Линде так не считает. Это тот самый Линде, который раньше жил в Питере, а ныне служит профессором в Стэнфорде. Именно он разработал теорию космической инфляции, которой мы здесь не касались за недостатком места и которая позволила объяснить некоторые странности в строении нашей Вселенной, например, однородность распределения вещества во Вселенной в больших масштабах.
Так вот, Линде не считает, что Вселенную ждет вечный разлет. Он полагает, что мы сейчас «присутствуем» при окончательной фазе ее увеличения, которая сменится сжатием… Но в любом случае все это — дела дней далеких. О будущем человечества и мира мы еще поговорим, а пока…
Не ко времени увлекшись рассуждениями о конце Вселенной, мы позабыли про Бога и про главный вопрос — откуда взялась сингулярность? Пришла наконец пора на него ответить. Может, это боженька подсуропил?
Надо сказать, представления о Боге у последней волны верующих физиков и космологов сильно отличаются от традиционных. Они знают о Вселенной слишком много, чтобы их Бог был похож на Бога былых времен. В мир пришел новый Бог.
Не ревнивец. И не вседержитель. И не глобальный контролер. И не судья. Ему, вообще, похоже, глубоко плевать на мелких козявок, копошащихся на одной из планет, болтающейся вокруг третьестепенного желтого карлика на окраине одной из мириадов галактик. За последние 13 миллиардов лет он ни разу не вмешался и не оставил никаких видимых следов участия в делах Вселенной.
Это Бог, когда-то запустивший Вселенную и больше не вмешивающийся в течение событий в ней. Не только физики, но и современные биологи (они тоже не понаслышке знакомы с эволюцией!) отводят Богу роль весьма скромную, потому что прекрасно видят и понимают законы развития. И знают, что законов природы вполне достаточно для развития Вселенной и человека в ней. Генетик и лауреат Нобелевской премии Вернер Арбер заметил: «Бог создал нечто самоорганизующееся. Он был настолько хитер, что спланировал все так, чтобы ему незачем было вмешиваться».
Итак, здесь Бог не нужен. Все идет своим чередом, который раз и навсегда задан Им.
А Им ли? До этого вопроса мы скоро дойдем.
Впрочем, если даже Бог и запустил Вселенную, то предвидеть, как все будет в ней развиваться, он не мог. Просто потому, что создавая законы Вселенной, сам же создал знаменитый принцип неопределенности, который иначе называют принципом Гейзенберга. Принцип, который лежит в основе всех мировых случайностей и принципиальных непредсказуемостей. Об этом принципе мы еще поговорим подробнее, а сейчас отметим лишь, что, будучи открытым в начале XX века, он положил конец легендам о божественном всезнании. Во всяком случае, в глазах физиков. Создав принцип неопределенности, Бог сам себя ограничил.
Открытие этого принципа означало, что мир не фатален. И что в нем просто не содержится абсолютно точной информации о нем самом. Тогдашних физиков, выросших в парадигме ньютоновской механики, это потрясло. Даже Эйнштейн недоумевал: «Неужели Бог играет в кости?»
Это не значит, что Эйнштейн верил в Бога. В 1921 году Эйнштейн получил следующую телеграмму от нью-йоркского раввина Герберта Гольштейна: «Верите ли вы в Бога тчк оплаченный ответ 50 слов». Эйнштейн уложился в 24 слова: «Я верю в Бога Спинозы, который проявляет себя в закономерной гармонии бытия, но вовсе не в Бога, который хлопочет о судьбах и делах людей». Богом для Эйнштейна была природа.
Спиноза, упомянутый Эйнштейном, — мыслитель XVII века, который первым отождествил Бога с природой. Естественно, такая трактовка тогдашним попам (да и нынешним тоже) понравится не могла: слишком уж «никаким» выглядел в ней Бог. Что же останется от религии, а главное, от института церкви, если лишить Бога возможности карать и осыпать милостями тех, кто ему глянется или, напротив, несимпатичен.
Современные физики пошли дальше Спинозы с Эйнштейном. Один из теоретиков Большого взрыва Вайнберг рассудил: «Если Бог оцепенело застыл по ту сторону пространства и времени, если Бог устраняется от всего и вся, к чему едва прикасается наука, то почему бы вообще не отказаться от такого Бога? Бог и так уже изгнан наукой из всех уголков Вселенной и стоит едва различимой тенью у ее истоков… Нужно ли и дальше лицемерить и вмешивать в нашу Вселенную нечто никогда в ней не бывшее и нигде не существовавшее? Это же чистейшее лицемерие — приравнивать Бога к безличным законам природы!»
Что ж, в последовательности и логике Вайнбергу не откажешь. Его поддерживает нобелевский лауреат Леон Ледерман: «На переднем рубеже науки еще есть уголок, в котором сохранилось место для Творца, но за последние полвека уголок этот заметно уменьшился и продолжает сужаться».
Как в воду глядел блаженный Августин, который более полутора тысяч лет назад предсказывал, что потуги ученых не кончатся добром для Бога: «Эти упрямые начетчики и педанты не успокоятся, пока не изгонят Творца из всего мироздания».
До последнего времени для Бога в мире оставалась только одна работа — запустить Вселенную, сделав сингулярность. Иначе откуда же она взялась? Однако и тут за последние десятилетия Бог потерпел сокрушительное фиаско: физики придумали, как из ниоткуда может получиться сингулярность. Все дело в первичном вакууме и квантовой механике! Если вакуум порождает материю (те же электрон-позитронные пары, допустим), то почему бы вакуумной флуктуации не породить малюсенькую сингулярность? Ведь сингулярность имеет размеры квантовые, значит, к ней можно применить механику квантового мира.
Этим вопросом занимались Зельдович, Новиков и знаменитый американский физик Стивен Хоккинг — парализованный инвалид, передвигающийся на инвалидной коляске и говорящий при помощи специального электронного аппарата, который снимает звуки прямо с гортани ученого. Их расчеты показали принципиальную возможность подобного предположения: Все возникло из Ничего. Причем, что характерно, это не противоречит никаким физическим законам сохранения. Потому что положительная энергия вещества Вселенной может быть скомпенсирована отрицательной энергией тяготения, так что результирующая энергия Вселенной равна нулю. Нулю равен также электрический заряд Вселенной — она в целом электронейтральна: в мире столько же электронов, сколько протонов. Правда, у Вселенной большой барионный заряд, а также лептонный, но теория и практика показывают, что строгого требования к сохранению этих зарядов при сверхвысоких температурах не существует.
Итак, наша Вселенная — дитя флуктуации — мировой непредсказуемой случайности.
— Впрочем, это вовсе не доказывает, что Бога не существует, — поспешил с улыбкой утешить попов Хоккинг. — Это значит, что в нем просто нет необходимости.
Но у служителей культа оставался в запасе последний козырь, последний рубеж обороны — набор уникальных мировых констант.
Наш мир действительно кое в чем поражает. Он как будто нарочно сделан так, словно природа задалась целью вырастить в нем человека (или, шире говоря, сложные структуры).
Ну, например… Протон тяжелее электрона в 1836 раз. Почему в 1836? Почему не в 342?.. Не в 1,38?.. Не в 28 564,1?.. Из теории не вытекает, что соотношение масс протона и электрона должно быть именно таким — 1836. Но если бы оно было хоть немножко другим, никакие сложные системы — ни молекулы, ни даже атомы в такой Вселенной существовать бы не могли.
Даже если бы масса электрона была хоть чуть-чуть выше (всего на 0,1 % от массы атома водорода), время горения звезд сильно сократилось бы, и эволюция просто не успела бы породить жизнь.
Если бы энергия связи в ядре дейтерия была всего на 0,02 % ниже, не смог бы идти синтез ядер в звездах.
Мировая гравитационная константа, которую мы все проходили в школе, изучая ньютоновский закон всемирного тяготения, равна числу 6,672. А не 6,84, например, или не 123,8. Если бы константа была чуть больше, Вселенная давно бы уже схлопнулась обратно в сингулярность. И вся беда в том, что физики не видят причин, по которым гравитационная константа именно такова.
То же самое касается значений зарядов частиц, скорости света, сил ядерных взаимодействий… На сегодняшний день известны десятки самых разных констант и соотношений между ними. Причем, что поразительно — все они критически важны для существования нашего мира! И все они не вытекают ни из каких теорий! Словно кто-то нарочно подбирал такие значения мировых констант, чтобы в нашем мире появились условия для создания жизни. Богословов данное обстоятельство чрезвычайно радует, и они с торжествующей улыбкой говорят о провидении Божьем. В самом деле, вероятность случайного подбора физических констант так низка, что поневоле задумаешься о их намеренном задании именно такими.
— Если бы мы случайно подбирали физические константы, — бросил как-то британский физик Пол Дэвич, — то убедились бы, что во всех сделанных нами Вселенных не могла бы возникнуть жизнь. Она могла бы возникнуть только при том уникальном сочетании физических параметров, которые мы имеем. Возникает ощущение, что Вселенная специально мастерилась под людей.
Этот парадокс получил название антропного принципа. Который, разумеется, вскоре благополучно получил естественное объяснение. Даже два. На выбор.
Первое объяснение. Физики сейчас действительно не видят необходимости, чтобы физические константы имели именно такие значения, а не другие. Они, честно говоря, даже не понимают физической сущности многих физических констант. Например, что такое барионный заряд? Что такое электрический заряд? Что такое масса и почему она у электрона такая, а у протона эдакая?..
Простым гражданам электрический заряд представляется чем-то более понятным, нежели заряд барионный. Масса — еще понятнее: на рынок и в магазин все ходят, с весами дело имеют. Многие сидят на диетах, пытаясь уменьшить массу тела. К массе люди привыкли. Привычка создает иллюзию понимания. Я бы даже так сказал: в большинстве случаев привычка — это и есть первый уровень понимания. Но физикам первого приближения недостаточно, им необходимо проникнуть в суть вещей.
Физики знают, что такое по сути упругость или трение — это всего лишь проявление электромагнетизма. Трение, химизм, упругость, пластичность, биологизм — лишь различные проявления притяжения отрицательно заряженного электрона к положительно заряженному протону. Это притяжение лежит в основе всего, что мы видим вокруг себя, в основе нас самих, в основе любви, ненависти, цивилизации, в основе вещей. Электрический заряд есть то, что строит вещество.
Но что такое по сути заряд? На этот вопрос ответа пока нет. Разумеется, когда-нибудь появится теория Единого поля, которую еще называют Теорией Всего, и на этот вопрос будет получен ответ. Возможно, из этой теории станет понятен физический смысл (физическая суть) зарядов, спина, странности, цветности и прочих квантовых свойств. Возможно, будет открыт механизм фиксации мировых констант (скорость света, постоянная Планка, гравитационная постоянная и т. д. и т. п.) — констант, которые определяют лицо нашего мира. И если действительно глубинные свойства вакуума жестко определяют физические константы, если эти константы, коих десятки, должны быть именно такими и не могут быть другими, антропный принцип получит отличное разрешение.
Второе объяснение. Оно еще проще. В самом деле, если вакуум кипит флуктуациями, одна из которых разрослась даже до уровня нашей Вселенной, то почему, собственно, Вселенная должна быть только одна? Это выглядит даже странно. Вселенных должны быть мириады!
Да мироздание просто кишит вселенными, как кипящий суп пузырями! — такую теорию предложили физики. Пузыри вселенных появляются, раздуваются и схлопываются. В каждой из бесконечного множества вселенных свой набор физических констант. Просто в тех вселенных, где физические постоянные иные, невозможно зарождение сложных структур и, соответственно, там некому рассуждать о Божьем провидении. Вот и вся разгадка нашей уникальности.
Другими словами, из бесконечного числа вселенных есть какой-то небольшой процент тех, в которых может появиться жизнь. Пусть физических констант и их возможных вариантов десятки и даже сотни — но если мы начинаем «трясти коробку» и если у нас бесконечное число попыток, в каждый миллионный или миллиардный или триллионный «встрях», мы будет случайно получать нужное соотношение. Вот так еще раз проявится закон эволюции — природа играет вслепую. Из триллиона попыток создания вселенных — одна удачная. Каждая миллиардная частичка в новорожденной Вселенной выживает. У мальков осетра выживает один из тысячи. У львят выживает уже больше половины… На пути эволюции природа умнеет.
Кстати, об эволюции. Весьма любопытную теорию придумал профессор Пенсильванского университета Ли Смолин. Он напрямую применил принцип биологической эволюции к вселенным! До того, как Дарвин сформулировал свой принцип отбора, люди с удивлением смотрели на то, что все животные удивительным образом приспособлены для жизни в своих природных условиях: у муравьеда — длинная морда и длинный язык, чтобы извлекать пищу из муравьиных ходов, рыбы очень удачно дышат жабрами и так далее. «Кто же это все так разумно устроил? Не иначе, Бог!» — полагали они.
Дарвин показал, как получается разумное устройство без всякого Бога, и что разумного в нем не больше, чем в камне, катящемся с горы вниз. Почему камень катится? Потому что хочет попасть в объятия матери-земли или потому что работает закон всемирного тяготения? Дарвин — Ньютон от биологии. В его время гены и мутации еще не были открыты, поэтому он не мог сказать, отчего происходят изменения в организмах. Но он точно предугадал, что случайные изменения у животных каким-то образом должны происходить от поколения к поколению. И среди родившихся выживает и дает потомство наиболее приспособленный.
Этот же принцип предложил применить Смолин по отношению к вселенным. И у них, по Смолину, идет отбор. Потому что они:
1) размножаются,
2) у размножившихся «выживают» и дают потомство только те, в которых потомки не очень отличаются от предков.
Смолин предположил, что Вселенные размножаются при помощи черных дыр. Для двоечников напомню: черная дыра — это прошедшая жизненный цикл угасшая массивная звезда, в которой начался гравитационный коллапс. Звезды заканчивают свою жизнь печально. Некоторые угасают, превращаясь в красных карликов, некоторые взрываются (новые и сверхновые звезды). По мере выработки горючего газовый шар звезды перестает распирать изнутри излучением, и вещество начинает сжиматься под действием гравитации.
У некоторых звезд гравитационное сжатие доходит даже до так называемой нейтронной стадии — звезда превращается в небольшой объект диаметром в несколько десятков километров, состоящий из одних нейтронов. Мощная гравитация загоняет в такой звезде электроны внутрь протонов, получаются электронейтральные нейтроны. Вообще-то нейтроны нестабильны (время жизни свободного нейтрона 16 минут), но в тесных условиях звезды они просто не могут распасться. Тело нейтронной звезды имеет плотность ядерного вещества и представляет собой как бы одно гигантское атомное ядро. Булавочная головка такого вещества весит миллионы тонн. В нейтронной звезде силы гравитации уравновешиваются силами взаимодействия между нейтронами.
Если же масса звезды еще больше, ее сжатие не может остановить уже ничто. Звезда коллапсирует — схлопывается в точку. В какой-то момент коллапса гравитация становится такой сильной, что даже свет не может вырваться из звезды. На такую звезду все может падать, но ничто не может излучиться. Поэтому и воспринимается она внешним наблюдателем, как черная дыра в пространстве. Критический радиус, после съеживания за который уже ничто не может вырваться из плена такой звезды, и после которого она, собственно, и превращается в черную дыру, называется горизонтом событий. «Горизонт событий» — очень важное понятие в физике.
Этим красивым словосочетанием называют границу, из-за которой до нас не может долететь свет. А поскольку электромагнитное излучение — самое быстрое, что существует в мире, получается, что никакую информацию из-за горизонта событий мы получить не можем. Ведь информация не есть нечто эфемерное, информация — это определенным образом организованная материя. Например, радиоволна. И если даже излучение не «добивает» до нас из-за горизонта событий, значит, никакая информация, никакие сведения оттуда не могут быть получены — нечем доставить!
Для внешнего наблюдателя сжатие звезды по мере приближения к горизонту событий будет все замедляться и замедляться, но с точки зрения самой звезды коллапс происходит почти мгновенно. (Эффект теории относительности, тяготение замедляет течение времени.)
Итак, звезда схлопывается в точку. Мы знаем, как называется такая точка с бесконечным давлением — сингулярность.
Черные дыры — зародыши новых вселенных! — предположил Смолин. Уйдя от нас за горизонт событий, они сжимаются в сингулярность, которая взрывается в иную вселенную «в другом пространстве». Точнее, не в другом, в своем собственном. Новая вселенная сама создает себе и время и пространство. Совершенно не мешая нашей Вселенной. Да и как она может помешать из-за горизонта событий? Для самой звезды это случается в один миг, с точки зрения нашей Вселенной этого не случится никогда, вернее, случится «через вечность».
Набор физических констант в новорожденной вселенной может быть любым. Но если он таков, что в этой вселенной не образуются даже атомы, звезды в такой вселенной не зажгутся и, соответственно, не будет черных дыр. И значит, такая вселенная окажется бесплодной. Род вселенных она не продолжит. А вселенные с подходящим набором «цифр» размножатся потом через черные дыры. Так растет число «правильных» вселенных, в которых горят звезды, а значит — из них получаются черные дыры и попутно возникает жизнь вокруг звезд на планетах.
Роль биологических мутаций во вселенных играет изменение физических констант. Вот такой вселенский отбор…
В общем, все красиво в теории множественных вселенных, однако есть в ней одно «но».
Это «но» довольно ясно выразил один из астрономов: «Гипотеза о множественности Вселенных довольно умозрительна. С таким же успехом можно было поручить сотворение мира Господу Богу! В обоих случаях, пытаясь разгадать тайну мироздания, мы просто достаем из-под полы козырь, который не имеет ничего общего с серьезной наукой».
Что он имел ввиду? А то, что наука в данном случае нагородила гипотезу принципиально непроверяемую. До сих пор самым убойным аргументом науки против церкви был следующий: гипотеза Бога принципиально непроверяема, недоказуема. И церковники с ними соглашались: да, мол, недоказуема, ее надо принимать на веру, хочешь — принимаешь, не хочешь — нет.
И вот теперь непроверяемую гипотезу выдвинули сами физики и астрономы! Поскольку все иные вселенные лежат для нас за горизонтом событий, мы не только не можем узнать, что в них происходит, но и не можем даже проверить, существуют ли они или это наша голая придумка! Ведь все эти вселенные лежат вне нашего времени и пространства, ибо время, пространство и движущаяся в них материя и есть Вселенная. А другие вселенные отделены от нас бездной несуществования.
Впрочем, у науки и на это есть свой джокер. Его подсказал некто Гедель — математик. О его поистине великой теореме мы поговорим позже. А пока скажем бегло, что если доказательство некоего положения в рамках существующей теории невозможно, значит, нужно выйти за рамки теории. Будем ждать появления более общих физических моделей.
Часть 2
Миром правят пустота и неопределенность
Гаусс
Долго думал, в какое книжкино место вставить рассказ о… Даже не знаю, как это назвать. Ну, скажем так: о некоторых общих принципах построения мироздания и механизмах эволюции. Почему бы не сюда? Начнем, помолясь… А то не могу я уже слушать пошлые дежурные фразы, типа, «от судьбы не уйдешь», «на самом деле это не так», «душа бессмертна», «для всех так будет лучше» и прочую чепухню. Потому что физика прошлого века показала, что предопределенности нет, истина противоречива, объективная реальность порой расходится со здравым смыслом, а для всех хорошо не будет никогда и нигде, даже в раю. Итак…
Глава 4
Крах здравого смысла
Физика XX века подарила гносеологии и философии немало новых принципов… Хм, недурственное начало для популярного изложения. Попробуем еще раз, проще и доступнее.
Мир, в котором жили наши предки всего сто лет назад, и мир сегодняшний — это два совершенно разных мира. За сто лет представления цивилизации о мире изменились настолько, что даже представить себе сложно. Но мы попытаемся. «За мной, читатель!» — как писал кто-то, чью фамилию мне запомнить не удалось.
Замечен любопытный феномен — новейшие принципы, открытые наукой, постепенно овладевают массами и даже проникают в быт, в человеческие отношения. То, что когда-то было новым и потому малоизвестным, исподволь становится общеизвестным, банальным, пошлым («ну кто же этого не знает!»), становится частью фольклора. А потом и вовсе перемещается в область предрассудков («батенька, это уже устарело! нынче новые взгляды»).
…Земля, стоявшая когда-то на трех китах, сначала стала круглой, а вокруг нее, как центра мироздания, продолжали вращаться Солнце, звезды и планеты. Потом произошла «смена караула» — Земля стала крутиться вокруг Солнца, которое приобрело статус центра мира. Затем уже и Солнце было разжаловано, превратилось в желтого карлика и переместилось из центра мира на провинциальный край галактики. Теперь о том, что Земля не плоская и крутится вокруг Солнца, знают практически все. Это маленькая иллюстрация проникновения знаний из астрономии в широкие слои населения.
…Подсознание и либидо — термины из теории психоанализа — с помощью голливудских фильмов также переместились в широкие массы. И ста лет не прошло, а ими уже оперируют все, кому не лень, часто поминая всуе и не к месту.
…Так же, кстати, как не к месту порой вворачивают фразу про гены — «да это у них просто в генах заложено!..» Как правило, при этом имеются в виду признаки, по наследству вовсе не передающиеся. Например, лень. Или загадочная русская соборность. Просто современный фольклор, биологам не стоит нервничать.
…А уж о растасканности теории относительности имени старика Эйнштейна и говорить не хочу! «Все относительно, старик…». Мир потихоньку меняется, становясь все более относительным — вслед за теорией относительности, проникающей в широкие слои. Вот тут — стоп!
«Мир становится все более относительным» — это очень важное замечание, которое нужно тщательно прожевать, быстро проглотить и хорошенечко усвоить. Чем и займемся…
Галилей был первым, кто начал убивать Абсолют. Он первым убил абсолютность равномерного движения. Грохнул, не постеснявшись. До него полагали: для того, чтобы тело двигалось, к нему нужно постоянно прикладывать силу, иначе оно остановится. Галилей показал, что это не так. Равномерное прямолинейное движение с точки зрения физики ничем, оказывается, не отличается от состояния покоя. Все дело в системе отсчета. Всегда найдется система координат, относительно которой равномерно и прямолинейно движущееся тело можно считать покоящимся. Оно и будет покоящимся — относительно этой системы.
В вагоне поезда сидит человек. Поезд едет с немыслимой скоростью 40 км/час, как все наши электрички. Спрашивается, с какой скоростью перемещается человек?
Отвечается: вопрос некорректно поставлен. Потому что не уточнено, относительно чего мы меряем скорость человека. Если относительно поезда, то скорость человека равна нулю, потому что он сидит. Если относительно земли, то 40 км/час. А если относительно Солнца или Луны, то… из условий задачи этого узнать невозможно.
Но с какой скоростью движется человек на самом деле? Поскольку задачка простая, любой, кто учился в современной школе, знает, что и этот вопрос не имеет смысла: никакого «самого дела» нет. И оба ответа — ноль и сорок — одинаково верны. Но в более сложных случаях эта очевидность уже не кажется столь очевидной, пардон за каламбур. Например, в электродинамике.
Следующий выстрел сделали в сторону Абсолюта Максвелл и вся та физическая гоп-компания, которая занималась электромагнетизмом. С увлечением изучая новую для себя область — электричество, физики вдруг столкнулись с тем, что электродинамика входит в очевидное противоречие с хорошо изученной и привычной им механикой. Еще в 1837 году, когда Европа приходила в себя после наполеоновских войн, великий Гаусс (тот самый, чье распределение) обратил внимание на то, что силы, действующие на равномерно движущиеся заряды, оказывается, зависят от «точки зрения», то есть от системы координат, в которой находится наблюдатель. И в зависимости от перемены точки зрения могут меняться на противоположные: одноименные движущиеся заряды должны отталкиваться кулоновскими силами, а если рассматривать эти движущиеся заряды «с другой стороны» — как элементарные токи, то проводники с однонаправленными токами должны притягиваться. Так что же будет «на самом деле»? Весь XIX век лучшие умы бились с этим противоречием, но так его и не разрешили, пока не появилась теория относительности Эйнштейна.
Широкая публика, далекая от проблем электромагнетизма, особого внимания на опыты с электричеством не обратила, удовлетворившись лампочкой Ильича и появлением трамвая и оставив физикам решать вопросы — «есть» или «нет» оно «на самом деле». А вот мимо чисто теоретических изысканий Эйнштейна общественное мнение и газетчики уже пройти не могли. Именно Эйнштейн сделал последний, контрольный выстрел в Абсолют. Все популярные газеты начала XX века писали о теории относительности. Потому что она попирала все представления о здравом смысле.
По Эйнштейну в зависимости от системы отсчета два события — событие А и событие В — могли произойти либо одновременно, либо нет. Причем неодновременность также зависела от системы отсчета: в одной из систем событие А случалось раньше события В, в другой происходило наоборот — сначала случалось В, потом А. Сначала падал Ленский, потом стрелял Онегин.
Размеры тел, масса тел и самоё течение времени — все, оказалось, зависит от точки зрения — выбранной системы отсчета, а также скорости одной системы координат относительно другой. И теория Эйнштейна была не окончательным ударом по здравому смыслу, который физики начали убивать вслед за Абсолютом. Потому что за теорией относительности появилась квантовая механика, которая оперировала уже совсем непредставимыми объектами.
Его величество здравый смысл тоже оказался относительным! Он работал только в макромире, при небольших скоростях и небольшой гравитации. Выяснилось, что человеческий здравый смысл был просто-напросто «логикой твердых тел» — обобщением накопленного в земных условиях опыта. В «неземных» же условиях опыт давал другие, непривычные результаты, что вызывало резонное неприятие и казалось противоречащим здравому смыслу. Пардон, не казалось, а именно им и было! Здравый смысл имеет весьма ограниченную область применения, увы. Как всякая функция.
После Эйнштейна относительность стала буквально притчей во языцех. Она проникла из науки в бытовой фольклор, в мораль. И даже в экономику. Если раньше абсолютной мерой ценности в экономических отношениях было золото, то теперь золото потеряло эту роль. Ныне деньги не имеют золотого содержания, как раньше, и ценность (курс) одной валюты определяется относительно других мировых валют, которые образуют единую мировую сеть валют. По этой сети периодически бегут волны экономических потрясений и кризисов. И в зависимости от того, какую систему отсчета (валюту) вы выберете, волны эти будут для вас больше или меньше или незаметны совсем…
Короче говоря, с начала XX века человечество стало постепенно привыкать к относительности своих представлении о мире, понимать, что картина мира (истина) зависит от системы координат (точки зрения). К середине-концу века относительность эта проникла даже в политику в виде плюрализма и толерантности. И наверняка в немалой степени помог этому процессу Гедель со своей знаменитой теоремой…
Глава 5
Сочетание несочетаемых
Великий австрийский математик Гедель в 1931 году доказал теорему о неполноте. Если строго математически, то звучит она так: «При определенных условиях относительно фундаментальной пары <L, Т>, не существует такой дедуктивной системы <Р, Р, d> над L, которая была бы одновременно полна и непротиворечива относительно <L,T>». Смешно, правда?
Чтобы было более понятно, можно переформулировать иначе: «В любом языке существуют истинные, но недоказуемые утверждения».
А если уж совсем по-простому, что называется, шершавым языком плаката, то так: в рамках любой теории всегда существуют неопределимые понятия, на которых строятся недоказуемые предположения (аксиомы). А уж с помощью аксиом дальше громоздится собственно теория — доказываются теоремы, леммы…
Аксиомы в принципе можно доказать, а неопределимые понятия определить, но для этого нужно покинуть рамки данной теории, ее понятийной системы и выйти в надсистему, то есть в систему более общую. А поскольку самой общей системой понятий является язык, то… людям, у которых разные вкусы (к мировоззрениям, например) и которые, соответственно, придерживаются разной аксиоматики, никогда не удастся договориться об общей теории для всех. Потому что они говорят на языке. То есть пользуются самой общей системой понятий, общее не бывает. Поэтому никогда не придут к общему знаменателю. Ибо в основе любого мировоззрения лежат недоказуемые предположения — например, о том, что Бог есть (нет), или что параллельные прямые пересекаются (не пересекаются), или что во всем виноваты евреи (не виноваты)… Предположения эти выбираются человеком в зависимости от личного вкуса, который формируется воспитанием на базе заданных генами склонностей и уровня интеллекта.
Собственно, для человека разумного теорема Геделя, блестяще им доказанная математически, доказательств вовсе и не требует. Она и так ясна! Постоянно задавая один и тот же вопрос, — например, «а почему?» или «а что?» — мы уже через три-пять шагов упремся в самые общие и потому неопределяемые понятия, в материю, в реальность, в некие самые общие предположения, принимаемые на веру…
«Что такое вода?» — «Жидкость, сынок.» — «А что такое жидкость?» — «Одно из состояний вещества, сынок.» — «А что такое вещество?» — «Ну-у… Это материя. Это все, что нас окружает, сынок.» — «А что такое материя?» — «Пошел ты на хрен, сынок…»
Есть вещи, принимаемые только на веру, понимаемые только из опыта, объяснить которые нечем.
Поэтому у разных людей разные истины. Миропонимание всегда субъективно (мыслят только субъекты, а не объекты), и оно зависит от случайных факторов жизни — от попавшихся или не попавшихся в детстве книг, характера, психологического типа, родовых травм, влияния семьи…
Мировоззрение больше зависит от зрения, чем от мира — вот такой парадокс.
Поэтому совершенно разные миры отражаются в головах людей. Согласиться друг с другом во всем люди не могут в принципе. Но поскольку существовать вместе как-то надо, людям приходится идти на компромиссы и договариваться. И раз Абсолютной Истины не существует, отпадает нужда нести ее слепцам силой. Передовая политическая мысль в развитых странах пришла к выводу: раз все относительно и все правы (или неправы — это одно и то же), значит, воевать за Истину бессмысленно. Пущай будет плюрализм. А те граждане, партии и государства, которые этого еще не поняли, психологически находятся на уровне Средневековых крестовых походов — в романтической юности человечества. Тем и опасны романтики — и в политике, и в быту.
…Между прочим, теорема относительности и теорема Геделя — еще не все, что подвинуло человечество к толерантности. (Толерантность — это синоним слова «терпимость», если кто не знает. Запомните на всякий случай, это слово будет звучать в мире все чаще и чаще.) В этом же направлении сработали такие великие открытия физики, как принцип дополнительности и принцип Гейзенберга. Они столь необыкновенны, что трудно даже сказать, чисто физические это принципы или уже философские. Начну по порядку.
…После теории относительности очередным ударом по здравому смыслу оказалась квантовая механика. Когда был открыт корпускулярно-волновой дуализм, не только физикам, но и философам пришлось долго чесать затылки. Выяснилось: частица в микромире ведет себя как волна, а волна — как частица. В микромире нет частиц и нет волн, а есть волночастицы. Вы столько раз слышали про это, вы так давно учили это в школе, что, возможно, значимость этого открытия ускользнула от вашего взора. Но сейчас вдумайтесь и удивитесь тому, чему безмерно удивились философы: частично-волновой дуализм стер границу между объектом и процессом.
Объект — это некое материальное тело. Объект, как правило, имеет массу, находится в какой-то точке или объеме пространства. В объект всегда можно ткнуть пальцем и сказать, как пелевинский Чапаев про лошадь: «Да вот же она, Петька!»
Процесс — это движение. Если Солнце — это объект, то излучение Солнцем электромагнитных волн — это процесс. Велосипед — объект. Езда на велосипеде — процесс. Кровь — это объект. Движение крови в организме — процесс. Пружина — объект. Колебания пружины — волновой процесс.
Волна — это в чистом виде процесс. Процесс колебания мелких частичек среды, по которой, собственно, и бежит волна. И в этом смысле волна — в определенной степени иллюзия! Молекулы и массы воды в море синхронно и ритмично движутся вверх-вниз, создавая иллюзию бегущей по горизонтали волны. «На самом же деле» частички воды никуда не бегут, просто колеблются на месте по вертикали, но поскольку движение их ритмично согласовано, то кажется, что массы воды бегут из моря к берегу… Я не зря взял «на самом деле» в кавычки. Мы же с вами помним, что никакого «самого дела» нет. И поэтому волны есть! Можно считать их кажимостью, а можно реальностью. На вкус и на цвет, как говорится, товарищей нет. Но если вы профессионально занимаетесь физикой волновых процессов, удобнее считать волны существующими. Да и трудно посчитать несуществующей волну, которая сбивает с ног, лупит камнями по ногам и норовит утащить вас в море!
…Слушайте, я вас не очень запутал? Ладно, больше не буду…
Итак, процесс — это движение объектов.
Объект — это не процесс, а процесс — это не объект. Все вроде бы ясно.
И вдруг выясняется, что в микромире объект — это процесс, а процесс — это объект. Электрон, который объект, одновременно и волна, которая процесс. Как такое можно понять?
Объект — материя. Процесс — движение материи. Дуализм весьма прозрачно намекнул философам, что материя и движение находятся в очень близком родстве. Материя может существовать только в движении. А поскольку для движения «нужно место», то, по всей видимости, материя, движение и пространство — всего лишь три проявления, три ипостаси чего-то одного, как реверс, аверс и ребро — три проявления одной монеты. Чего же?.. Ой, придумайте название сами, вы же умные ребята. А когда к названию привыкнете, возникнет иллюзия понимания. Обозвать предмет или явление — сделать первый шаг к его пониманию…
Короче говоря, принцип совмещения несовместимого в науке назвали принципом дополнительности. Принцип дополнительности — это когда одну реальность описывают две взаимоисключающие теории. И обе дают верные результаты. Мир оказался глубже человеческой логики. Но логика оказалась хитрее… Иногда нужно рассматривать свет как электромагнитную волну, а иногда как частицы — фотоны. В зависимости от условий эксперимента. И от того, какой результат вы хотите получить.
Принцип дополнительности работает не только в физике. Он работает во многих науках. В психологии, например, можно использовать модель Фрейда, который считал, что все беды в нас от нереализованной сексуальности — это называется психоанализ. А можно использовать активный анализ. А можно гештальт-анализ. А можно хаббардовскую дианетику. Или метод регрессии. Или… Неважно, какую теорию, объясняющую человеческое поведение, вы используете, важен результат, который вы хотите получить. Потому что главное в психологической теории — не объяснение, почему человек поступает так или иначе, а практический результат — удалось вам добиться от клиента положительной динамики или нет. Теории могут противоречить друг другу. Главное — результат. Есть результат — теорию можно считать правильной (или «истинной», в зависимости от вашего вкуса к словам). А ошибочной теорией называется та, которая результатов не дает.
В XX веке ученые поняли, что они — не искатели Истины, а просто производители информационных моделей. Модели меняются, постоянно уточняются, а животные человеческие потребности, для удовлетворения которых строятся эти модели, остаются. Модель электромагнетизма позволила осветить дома электролампочками и облегчить труд с помощью электромоторов. А также создать системы связи и телевидение с «мыльными» сериалами, над которыми любят поплакать женщины среднего возраста с неудавшейся судьбой… Психологические модели позволяют зарабатывать психотерапевтам… Модели поведения упругих тел (сопромат) позволяют строить дома, в которых наше животное тело укрывается от непогоды…
Впрочем, о животных потребностях чуть ниже, а сейчас еще о двух принципах, важных для понимания мироздания — принципе неопределенности и принципе нормального распределения.
Глава 6
Очень неопределенный принцип
Принцип неопределенности открыл немецкий физик Вернер Гейзенерг, поэтому иногда этот принцип еще называют принципом Гейзенберга. И справедливо! Это, наверное, самое великое открытие человечества. Вот что он гласит:
Как видите, очень простая в написании формулка. Простая, как все гениальное. «Аш с черточкой» — это постоянная Планка, равная 6,626·10-34 Дж-с. «Дельта икс» — это неопределенность координаты элементарной частицы. «Дельта пэ» — неопределенность импульса частицы. Треугольный значок «дельта», собственно, и обозначает «неопределенность». Неопределенность — это неизвестность в самом прямом смысле этого слова. Поймите сказанное! Неизвестность введена физиками в формулы, описывающие наш мир. Потому что неизвестность имманентно присуща нашему миру. Неизвестность — один из принципов построения мира.
Формула Гейзенберга говорит, что мы не можем одновременно знать точную координату частицы и ее скорость (импульс, то есть произведение скорости на массу). Но зато мы можем варьировать свое незнание, предпочесть, что нам знать важнее — скорость или координату! Посмотрите внимательно на формулу — если мы каким-то образом точно узнаем местоположение частицы в пространстве (неопределенность координаты будет стремиться к нулю), то «дельта пэ» в этом случае будет стремиться к бесконечности, ведь их произведение — постоянная величина. Постоянная Планка.
Первый вывод: в микромире нет траекторий, по которым движутся частицы. Потому что частицы «размазаны» в пространстве. Формула, описывающая это размазанное поведение частицы, называется волновой функцией. Волновая функция показывает, с какой вероятностью мы можем обнаружить частицу в данном конкретном месте. Волновая функция по сути описывает не частицу, а «размазанную вероятность».
…Здесь вот что очень важно понять — у нас нет точной информации о частице не потому, что мы еще не изучили чего-то, а потому, что этой информации нет в самой структуре материи! Частица «сама не знает», где она и что с ней. В микромире нельзя ничего предсказать заранее, можно лишь вычислить вероятность наступления того или иного события.
Мир состоит из непредсказуемых кирпичиков-частичек. И поэтому мир непредсказуем. Не фатален. Случайностен. Флуктуация лежит в основе мира.
Но если мир случаен в своей основе, почему тогда существуют физические законы? Законы Ньютона… Закон Кулона… Второе начало термодинамики? Закон Ома? Закон всемирного тяготения? Законы газовой динамики? Почему они выполняются не от случая к случаю, а всегда? Где же непредсказуемость? Она в микромире.
А в макромире поведение массивных тел, состоящих из триллионов частиц, в простых случаях взаимодействия вполне предсказуемо. Почему? Да потому что в микромире вероятность наступления разных событий разная. Волновая функция говорит: вероятность обнаружить частицу ТУТ, а не ТАМ составляет, скажем, 90 %. Или, что то же самое, 90 % всех частиц будут находиться ТУТ, а не ТАМ. Это значит, что процесс с огромным числом частиц пойдет именно в том направлении, в каком движется большинство из них. Именно неравномерность распределения вероятности создает направленные процессы. Направленные, значит, необратимые. Необратимые процессы создают иллюзию стрелы физического времени, которое, как известно, необратимо. Но необратимо не само время, разумеется («отдельно» времени не существует), необратимы просто проходящие в пространстве физические процессы. Человек старится, египетские пирамиды разрушаются, Солнце когда-нибудь погаснет.
Тем не менее все равно существует некая отличная от нуля вероятность, что чайник, поставленный на плиту, вместо того, чтобы вскипеть, замерзнет. Однако она столь исчезающе мала, что практически можно сказать: Второе начало термодинамики НИКОГДА не нарушается — тепло ВСЕГДА передается от более нагретых тел к менее нагретым. Хотя теоретически, конечно, все физические законы носят статистический характер. То есть вдруг могут и не исполниться на секундочку. Но скорее вы выиграете в лотерею сотню миллиардов долларов даже не купив лотерейного билета, чем кирпич вдруг, вместо того, чтобы упасть вниз, полетит вверх.
Читать бесплатно другие книги:
