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

Надеюсь, мне удалось донести до вас два обстоятельства. Первое — тупые вопросы, как правило, гораздо умнее, чем кажется на первый взгляд. Второе — очень важно помнить, что мы существа донельзя заурядные. Иначе легко подойти к опасной грани солипсизма. Откуда ты знаешь, что не семи пядей во лбу, если вся вселенная устроена так, чтобы ты сумел в ней зародиться?

Это совсем не (только) шутка. Вообразить себя центром мироздания, и в буквальном, и в переносном смысле легко, очень легко. Выйдите за дверь и поглядите в небо. Солнце, планеты, звезды — все это, судя по тому, что мы видим, вращается вокруг нас. То, чего ждешь от Вселенной, во многом зависит от ощущения собственной важности.

Подобные предположения так глубоко укоренены в нас, что, чего доброго, можно услышать умный вопрос и даже не понять, насколько он умный. Вот, например, если я спрошу первого встречного: «Почему ночью темно?», первый встречный, скорее всего, рассердится и ответит что-нибудь вроде «Да потому что солнце с другой стороны земли, дурачина!» Так вот, это, вопервых, грубо, вовторых, неверно. Почему ночью темно, далеко не так очевидно, чем вам кажется. А почему вопрос на самом деле очень глубокий и как на него нужно отвечать, подскажет симметрия.

Центр мироздания

Для древних в ночной темноте не было ничего непонятного. А все потому, что они совершенно ошибочно представляли себе устройство мироздания. Как я уже упоминал, особенно крупно ошибался во всем, что касается физического мира, Аристотель: и в природе пяти стихий[37], в устройстве гравитации, а хуже всего — в том, что Солнце вращается вокруг Земли. Давайте лучше скажем, что он внес куда больший вклад в развитие этических категорий.

В каком-то смысле его ошибки были понятны и естественны. В IV веке до нашей эры физика как область науки была еще так неразвита, что Аристотелю пришлось даже придумать ей название — это он ввел в обращение слово «физика» в привычном нам смысле. И к тому же все, что писал Аристотель о материальном мире, интуитивно кажется правильным.

Ну, например, тяжелые предметы и правда падают обычно быстрее легких, но это просто потому, что для них сопротивление воздуха относительно менее важно. Когда смотришь на Солнце и звезды, действительно кажется, будто они вращаются вокруг Земли.

Солнце и Земля вращаются по орбитам, центр которых находится примерно в 450 километрах от центра Солнца. В сущности, Солнце, можно сказать, колеблется вокруг этой точки, что часто ускользает от внимания. Солнце, Земля и вся остальная Солнечная система вращаются вокруг центра галактики Млечный Путь, который находится приблизительно в 27 000 световых лет от нас, а вся галактика летает вокруг Сверхскопления Девы — гигантской области, поперечный размер которой превышает 100 миллионов световых лет.

То есть Аристотель был интуитивно прав в одном: вселенной правят скрытые симметрии. В своем трактате «Физика» он пишет:

Вполне основательно выходит, что именно круговое движение едино и непрерывно, а не движение по прямой, так как на прямой определены и начало, и конец, и середина и она все заключает в себе, так что есть [место], откуда начинается движение и где оно кончится (ведь в конечных пунктах, откуда и куда [идет движение], все покоится); в круговом же движении ничто не определено, ибо почему та или иная [точка] будет в большей степени границей на [круговой] линии, чем другая? Ведь каждая [точка) одинаково и начало, и середина и конец, так что [на окружности] всегда и никогда находишься в начале и в конце. (Пер. В. Карпова)

В окружности и — шире — в сфере есть что-то особенное. Как ни верти, они выглядят одинаково. А по Аристотелю сферическим было все на свете. Неподвижная Земля была идеальной сферой. Она помещалась в центре примерно пятидесяти концентричских сферических оболочек, содержащих Луну, планеты, Солнце, далекие звезды и в конце концов сам «неподвижный двигатель».

Постойте! Ведь древние вроде бы считали, что Земля плоская?!

А вот и нет. Древние часто заблуждались, но, как ни странно, именно здесь понимали все правильно.

Если вспомнить хотя бы Пифагора (того самого, который специалист по треугольникам), то в его время — в VI веке до нашей эры — все, кого интересовали подобные материи, соглашались, что Земля круглая. Об этом писал популяризатор науки Стивен Джей Гулд:

Среди ученых никогда не было периода «помутнения», когда они считали, будто Земля плоская — независимо от того, как представляла себе нашу планету в те или иные времена широкая публика. Древнегреческое представление о сферичности никогда не меркло, и все крупные средневековые ученые были согласны, что Земля круглая: для них это был установленный космологический факт.

Круглая, но не идеально. В конце XVII века Исаак Ньютон показал, что Земля представляет собой сплюснутый сфероид, диаметр которого у экватора немного больше, чем по оси, проходящей через полюса. Это открытие он сделал, исходя из чисто теоретических предположений — и лишь в следующем столетии, когда было организовано несколько экспедиций с целью измерить Землю, стало ясно, что Земля — не идеальный шар. Экваториальный радиус Земли длиннее полярного примерно на 30 км.

Однако до того, насколько идеален земной шар, дело даже не дошло: простые наблюдения показывали, что модель Аристотеля обладает множеством фундаментальных недостатков. Уже довольно давно было известно, что планеты не просто движутся по ночному небу в одном направлении — время от времени они возвращаются обратно. Более того, на протяжении цикла яркость у них меняется, причем согласно сложным закономерностям. Сферы Аристотеля ничего такого не предполагали.

Во II веке Клавдий Птолемей усовершенствовал аристотелеву геоцентрическую модель в своем трактате «Альмагест» (буквально «Величайший»[38]). Птолемей предположил, что планеты во вселенной движутся по эпициклам — то есть по малым кругам, центры которых движутся по большим — что позволяло делать на удивление точные прогнозы положения планет на ночном небе. Птолемеева модель быстро стала общепринятой и в науке, и в религии и сохраняла свой статус до XVII века.

Невежество древних вполне простительно: представьте себе, что никому и в голову не приходило поставить в центр мироздания Солнце. Однако более чем за 400 лет до Птолемея греческий астроном Аристарх Самосский описал гелиоцентрическую систему мира[39]. Из трудов Аристарха до нас дошло очень мало, в основном отрывки, однако его часто цитируют и пересказывают другие авторы, в том числе математик Архимед:

Но Аристарх Самосский выпустил в свет книгу о некоторых гипотезах, из которых следует, что мир гораздо больше, чем понимают обычно. Действительно, он предполагает, что неподвижные звезды и Солнце находятся в покое, а Земля обращается по окружности круга… между Солнцем и неподвижными звездами, а сфера звезд… так велика, что круг, по которому… обращается Земля, так же относится к расстоянию до неподвижных звезд, как центр сферы к ее поверхности.

(Пер. И. Веселовского)

Модель Аристарха была простой и довольно точной — и уж точно соответствовала измерениям, проделанным на тот момент. Однако у нее был один колоссальный недочет — она предполагала, что в людях нет ничего особенного, что звезды вроде Солнца есть повсюду и что Земля не центр мироздания.

Что было дальше, вам, наверное, известно. Птолемееву модель признала католическая церковь, и стало ересью утверждать, что Земля так или иначе не служит центром вселенной. Так было до 1543 года, когда польский астроном Николай Коперник опубликовал трактат «De revolutionibus orbium coelestium», в котором заново открыл модель Аристарха. От греха подальше[40] Коперник написал для своей книги довольно-таки лукавое предисловие[41]:

Те, кто знает, что вот уже много сотен лет всеобщим согласием узаконено представление, что Земля покоится посреди небесной сферы и служит ее центром, полагаю, сочтут безумием, если я заявлю противоположное — что Земля движется… Я решил, что мне тоже охотно позволят пояснить, какие доводы, более здравые, чем доводы моих предшественников, можно найти в пользу вращения небесных сфер, исходя из предположения, что Земля как-то движется.

Иными словами, «не волнуйтесь, это все просто математические упражнения и не обязательно имеет отношение к подлинному устройству вселенной».

Кроме того, Коперника благоразумно решил писать по-латыни, чтобы его книга не стала достоянием простого люда, и еще благоразумнее предпочел умереть вскоре после ее публикации.

Не все были столь предусмотрительны. Джордано Бруно, который прежде всего был монахом-доминиканцем, пошел гораздо дальше Коперника. Он не просто заявил, что Солнце — центр мироздания, но и понял — и, как выяснилось, не ошибся — что все звезды представляют собой такие же солнца, как наше. Джордано Бруно не стал маскировать свои идеи под гипотезы. Он прямо провозгласил:

В космосе бесчисленное множество созвездий, планет и солнц; мы видим одни лишь солнца, поскольку они дают свет; планеты остаются невидимыми, поскольку они маленькие и темные. Кроме того, существует бесчисленное множество земель, и они вращаются вокруг своих солнц — не хуже и не меньше, чем наш земной шар. Ведь ни один здравый разум не может предположить, что небесные тела, которые, вероятно, много величественнее нашего, не несут на себе созданий, подобных жителям человеческой Земли или даже превосходящих их.

В том, что касается количества планет во вселенной, которое просто в голове не укладывается, Бруно был прав. Сейчас, когда я пишу эти строки, в нашей галактике насчитывается уже 800 известных нам планет и кандидатов в планеты, а если верить первым данным с космического телескопа «Кеплер», который специально предназначен для поиска экзопланет, похоже, что среди них очень много потенциально обитаемых. Однако, как показывает опыт, не всегда достаточно быть правым. В 1600 году инквизиция сожгла Бруно на костре за ересь.

Впоследствии были найдены неопровержимые доказательства гелиоцентрического строения вселенной. В 1609 году Иоганн Кеплер опубликовал свой труд «Astronomia nova», где, помимо всего прочего, сформулировал законы движения планет.

Кеплер был учеником Тихо Браге, одного из величайших астрономов-наблюдателей своего времени. Тихо (как его обычно называют)[42] владел целым островом, где производил самые точные наблюдения за движением планет. Его целью было обосновать своего рода гибрид моделей Птолемея и Коперника: по его представлениям, Солнце вращалось вокруг Земли, зато все остальные планеты — вокруг Солнца.

В сущности, Кеплер затем и пошел к Тихо Браге в ученики, чтобы получить доступ к его данным. После смерти Тихо Браге в 1601 году Кеплер засел за работу. Вот как он впоследствии писал об этом:

Признаюсь, что когда Тихо умер, я тут же воспользовался отсутствием либо недостатком предусмотрительности у его наследников и заполучил его наблюдения, а может быть, и узурпировал их.

И это был правильный, пусть и сомнительный с этической точки зрения поступок. Из этих наблюдений Кеплер заключил, что орбиты планет представляют собой не окружности, а эллипсы.

Кеплеровы орбиты

В большинстве случаев эти эллипсы очень близки к окружностям. Земля в среднем находится на расстоянии в 149 миллионов километров от Солнца, однако в перигелии (в первых числах января), когда она ближе всего к Солнцу, это расстояние сокращается примерно на 5 миллионов километров по сравнению с расстоянием в афелии, который она проходит полгода спустя. Особенно дотошные читатели, возможно, заметили, что мы, жители северного полушария, ближе к Солнцу зимой, чем летом. Скажу только, что расстояние до Солнца не имеет отношения к смене времен года[43].

Кеплер докопался до эллиптических орбит далеко не сразу. Во-первых, он предположил, что если планеты движутся по такой простой орбите, наверняка какой-нибудь астроном это уже обнаружил. Во-вторых, он много раз заходил в тупик. Один из самых интересных тупиков привел к созданию трактата под потрясающим названием «Mysterium cosmographicum», где Кеплер выдвинул гипотезу, что орбиты всех планет определяются вписанными друг в друга платоновыми телами, то есть правильными многогранниками — этакая астрономическая матрешка.

Орбиты шести известных тогда планет (до Сатурна) и правда примерно соответствуют соотношениям, которые получается, если куб вписать в тетраэдр, тетраэдр — в додекаэдр, додекаэдр — в икосаэдр, икосаэдр — в октаэдр и все это — в сферу. Это очередной пример того, как симметрия вдохновляла научные изыскания. Еще это пример того, как симметрия оказалась абсолютно ни при чем. Кеплеру просто повезло, что такая пропорция случайно совпала — очень приблизительно — с реальным положением дел.

Законы планетарного движения Кеплера объясняли все очень хорошо, однако гелиоцентрическая модель угналась за ними не сразу. К счастью, в 1609 году, когда Кеплер наконец опубликовал свой трактат «Astronomia nova», Галилей уже строил свой первый астрономический телескоп.

Галилей увидел, что у Меркурия и Венеры — теперь мы знаем, что это внутренние планеты, которые находятся ближе всего к Солнцу — есть фазы, совсем как у Луны, соответствующие их движению вокруг Солнца. Увидел, что Млечный Путь –

не что иное, как масса бесчисленных звезд, собравшихся в скопления.

Однако сильнее всего его потрясло множество спутников у Юпитера.

В небе вокруг Юпитера движутся три звезды — совсем как Венера и Меркурий вокруг Солнца.

Если даже Юпитер — центр собственной маленькой системы, как может Земля быть центром мироздания?!

У Галилея все сложилось несколько лучше, чем у Бруно. Его всего-навсего заставили публично отречься от своих воззрений и пожизненно заключили под домашний арест. К концу XVII века вера в существование иных планет уже перестала быть крамолой. В 1698 году голландский физик Христиан Гюйгенс, одним из первых, в числе прочих своих достижений, заговоривший о свете как о волне, выразился следующим образом:

Почему же каждая из этих звезд не может иметь такую же пышную свиту, как наше Солнце — свиту из планет, которым прислуживают луны?

И с ним не приключилось ничего плохого — по крайней мере церковь с ним ничего не сделала.

Когда куда-нибудь идешь, то все равно куда-нибудь придешь

Коперник одним из первых осознал великую истину: наше место во вселенной ничем не примечательно. Этот урок человечеству надо усваивать раз за разом. Наша посредственность простирается далеко за пределы Солнечной системы. Галилео отметил, что во вселенной бесчисленное множество звезд, и у всех равное право претендовать на звание центра вселенной.

Система шаровых скоплений в проекции на плоскость галактики. Галактическая долгота отмечена через каждые тридцать градусов. «Локальная система» целиком лежит в пределах самого маленького кружка, обведенного сплошной линией, имеющего радиус в тысячу парсеков. Более крупные кружки, обведенные сплошной линией, также гелиоцентричны, но их радиусы возрастают с интервалом по 10 000 парсеков. Пунктиром отмечена предполагаемая большая ось системы, пунктирные круги концентричны относительно ее центра. Точки примерно в четыре раза больше настоящих диаметров скоплений в таком масштабе. Девять скоплений отстоят от плоскости галактики более чем на 15 000 парсеков и не включены в эту схему.

В 1918 году астроном Харлоу Шепли составил карту 69 шаровых скоплений на Млечном Пути. Это очень тесные кучки по сто тысяч звезд, а то и больше, и резонно было предположить, что шаровые скопления распределены симметрично относительно центра галактики. Шепли обнаружил, что наше место нельзя считать привилегированным даже в пределах собственной галактики. Мы всего лишь одна из примерно 10 миллиардов звездных систем из глухой провинции.

Об этом же пишет и Дуглас Адамс:

Где-то в закоулках одного нефешенебельного района западной спиральной ветви Галактики, которого даже нет на карте, находится маленькое неприметное желтое солнце. На расстоянии около девяноста двух[44] миллионов миль вокруг него вращается совершенно невзрачная зелено-голубая планета, произошедшие от обезьян жители которой настолько примитивны, что до сих пор считают электронные часы чем-то выдающимся.

(Пер. Ю. Ариновича)

Но это еще далеко не конец. В 1920 годы Эдвин Хаббл показал, что наша галактика — всего лишь одна из колоссального количества островных вселенных, летящих в пространстве. Как мы уже видели, обзор SDSS позволил нанести на карту свыше ста миллионов галактик, однако по самым скромным оценкам общее их число в наблюдаемой вселенной — несколько триллионов. В среднем эти триллионы галактик, судя по всему, распределены в пространстве с поразительной равномерностью. На языке симметрии это означает, что вселенная гомогенна. Подобным же образом северное полушарие вселенной, похоже, более или менее такое же, как южное. Опять же, если выражаться научно, вселенная, судя по всему, изотропна.

Эти наблюдения легли в основу так называемого космологического принципа. В сущности, он гласит, что вселенная везде и по всем направлениям более или менее одинакова. Наблюдения это подтверждают, однако на самом деле космологический принцип — это аксиома. Примерно как предположение, что неизменность физических законов позволяют нам интерпретировать прошлое и предсказывать будущее, космологический принцип дает нам возможность в разумных пределах интерпретировать данные, полученные из других частей вселенной.

Первыми проблесками понимания, какова вселенная вне нашей галактики, мы обязаны Эдвину Хабблу. Как мы уже видели, он не просто показал нам масштабы вселенной, но и открыл, что почти все галактики во вселенной, похоже, от нас отдаляются.

Идея о расширении вселенной, вероятно, заронило в вас ошибочную мысль, что у вселенной будто бы есть центр. Нет, центра у вселенной нет. Чтобы понять, почему, нужно немного поговорить об относительности. Мы уже убедились, что специальная теория относительности предполагает тесные взаимоотношения между временем и пространством. А гениальность общей теории относительности заключается в том, что согласно ей гравитация способна искривлять и пространство, и время, а также и то, и другое одновременно.

Расширяющаяся Вселенная как лист резины

Если у вас нет интуитивного ощущения, что такое искривление пространства, не терзайтесь. Запутаться в уравнениях и формулах очень просто. Однако, к счастью, Международная гильдия популяризаторов космологии подобрала прекрасную аналогию, и если вы дадите мне слово не понимать ее чересчур буквально, я последую примеру коллег.

Приклейте на огромный лист резины горстку маленьких пластмассовых галактик.

Найдите компанию силачей и вместе с ними возьмитесь за лист со всех сторон.

Потяните как следует.

Муравей, живущий в одной из галактик, сочтет себя пупом вселенной, поскольку все остальные галактики с его точки зрения будут удаляться. Более того, чем больше расстояние между двумя галактиками, тем быстрее — с точки зрения муравья — они будут удаляться друг от друга: именно этот эффект и наблюдал Хаббл.

Я могу забросить вас в любую галактику, и если у вас достанет эгоцентризма, вы сочтете себя центром вселенной. Однако — и это и есть самое главное — то же самое увидит любой наблюдатель в любой галактике.

Поверните часы вселенной в обратную сторону, и расстояния между всеми галактиками сожмутся до нуля. Где произошел Большой взрыв? А везде!

Однако понимать эту аналогию слишком буквально опасно. Особенно упорный муравей, того и гляди, построит прелестный звездолетик и отправится, например, искать край резинового листа. А вот в нашей (не-резиновой) вселенной достигнуть края в принципе невозможно, нечего даже и мечтать. У вселенной нет центра — и краев тоже нет. Так что у нас остается всего два варианта.

Первый, честно скажу, леденит душу. Может статься, что вселенная и в самом деле бесконечна. То есть не просто очень-очень велика, а действительно бесконечна. Вдумайтесь — бесконечна!

Тороидальная вселенная

Мы еще вернемся к практическим различиям между великанской и бесконечной вселенной, но лично меня гораздо больше утешает вариант номер два: возможно, вселенная замкнута сама на себя. Это как Пак-Ман, который исчезает на одном краю экрана и тут же появляется с противоположной стороны. С точки зрения Пак-Мана, он идет все вперед и вперед и не может дойти до конца.

Не волнуйтесь — Земля ведет себя точно так же. Если не обращать внимания на произвольно установленные нашими собратьями демаркационные линии вроде Линии перемены даты, можно шагать на восток бесконечно — и не дойдешь ни до края, ни до центра. Будешь постоянно проходить одни и те же места — и все.

С практической точки зрения между бесконечной и повторяющейся вселенной нет большой разницы. Расширение вселенной и ограниченная скорость света сговорились не пускать нас даже облететь вселенную и вернуться в исходную точку. Но это не мешает нам задать следующий вопрос: а какого вселенная размера?

Вселенная: одна или множество?

Космос большой. Очень.

А вот какого точно он размера, мы сказать не можем, честное слово. Всю вселенную мы не в состоянии окинуть взглядом, поскольку она существует всего 14 миллиардов лет, а скорость света такая, какая есть. На Земле мы называем линию, дальше которой нам не заглянуть, горизонтом, и ко вселенной в целом это тоже относится.

В принципе, мы можем вписать в этот горизонт триллионы галактик, но нигде не сказано, что на этом все и кончится. Есть вполне реальная вероятность, что вселенная за горизонтом, там, где мы ее не видим, совсем не такая, как поблизости. Мало того, что мы не в состоянии разглядеть, что происходит в сотнях миллиардов световых лет от нас, поскольку вообще все движется либо со скоростью света, либо медленнее: все, что находится за горизонтом, никак не подвержено влиянию происходящего здесь, на Земле.

Но и этого мало: поскольку вселенная расширяется с ускорением, выясняется, что со временем из нашего поля зрения будет исчезать все больше и больше галактик. Галактики в пределах нашего горизонта находятся от нас на расстоянии всего-то 60 миллиардов световых лет. А все, что происходит дальше, навеки останется тайной.

Все, что находится вне нашего горизонта, — это с любой практической точки зрения иная, независимая вселенная, а следовательно, хотим мы этого или нет, мы живем во множественной вселенной — в определенном смысле. Если вы знаток научной фантастики[45], то по крайней мере поверхностно знакомы с идеей множественной вселенной, однако словосочетание «множественная вселенная» каждый понимает по-своему. К счастью для нас, физик из Массачусетского технологического института Макс Тегмарк разработал подробную иерархическую классификацию множественных вселенных. Положа руку на сердце, все в этой классификации, кроме первого уровня, в котором мы и так не сомневаемся, крайне спекулятивно — и чем дальше, тем спекулятивнее. Так что давайте уговоримся, что пока что мы просто навскидку раскладываем все по полочкам.

С практической точки зрения вполне можно рассматривать любой участок вселенной размером в 100 миллиардов световых лет как остров. Однако если острова не связаны друг с другом, возникает резонный вопрос, почему так вышло и почему каждый отдельный участок обязан быть похожим на все остальные.

Представьте себе, на этот вопрос вполне можно получить ответ. Однако сперва констатируем факт, подтвержденный наблюдениями: нас окружает излучение, оставшееся с начала вселенной, и это излучение однородно с точностью примерно до одной стотысячной. Этот факт становится еще страннее, если вспомнить, что свет, попадающий в нас «сверху» и «снизу» — со стороны северного и южного полюсов — приходит из невероятно отдаленных точек вселенной. Два фотона из этих потоков, скорее всего, никогда не находились в областях, когда-либо бывших в термическом контакте друг с другом.

Это один из самых глубоких и болезненных вопросов в космологии. Первоначально вселенная была очень мала, но длилось это совсем недолго. Похоже, что области, находящиеся на небосводе на расстоянии больше градуса, не имели возможности смешаться друг с другом — и все же вселенная в целом выглядит на удивление однородной. Напомню, что это одно из предположений космологического принципа.

В 1980 годы Алан Гут, который тогда работал в Национальной ускорительной лаборатории SLAC, выдвинул гипотезу инфляции, позволяющую обойти проблему горизонта. И хотя она плохо укладывается в голове, заранее предупреждаю, что на данный момент инфляционная модель для большинства космологов стала догмой. Она позволяет объяснить огромное количество явлений во вселенной в том виде, в каком мы ее наблюдаем.

В первые мгновения существования множественной вселенной здесь царила кипучая активность, особенно в первые 10^–35 секунд. За этот краткий миг вселенная претерпела колоссальное расширение по экспоненте, и отдельные участки пространства — отдельные пузырьки — выросли в 10⁶⁰ и более раз.

Если гипотеза инфляции верна, а мы, повторяю, практически убеждены, что так и есть, то за пределами видимого пространства есть еще много пространства. Каждый пузырек — вселенная в себе, и легко вообразить, что если их достаточное количество, то многие из них могли бы быть похожи на наш, вероятно, даже в точности, как наш. Согласно большинству моделей инфляции пузырьки порождают другие пузырьки — и т. д. до бесконечности, и в результате получается бесконечная вселенная, которая поначалу так сильно нас пугала.

Каких же размеров должна достигнуть множественная вселенная первого уровня, чтобы у каждого человека на Земле появился точный двойник? Просто чудовищных. По оценкам Тегмарка, отсюда до тождественной вселенной примерно 10 в степени 10²⁹ метров — на страницах этой книги не будет чисел больше этого, кроме самой бесконечности. Имеется в виду, что каждый атом во вселенной-дубликате находится в точности на том же месте и движется с той же скоростью с точностью до квантовой неопределенности, что и в нашей собственной вселенной. А это означает, что если биография вашего двойника и отличается от вашей, мозг двойника устроен так, чтобы он думал, будто у него именно такая биография.

Видите? Мы вернулись к теме близнецов-негодяев!

Если вселенная бесконечна, в ней хватит места не просто для вашего двойника, а для бесчисленного множества ваших двойников!

Это унизительно и немного страшно. Как будто за тобой украдкой подглядывает бесконечное множество шпионов.

Если же вселенная не бесконечна, можно спокойно почивать на лаврах собственной неповторимости. По скромным теоретическим оценкам минимальный размер нашей множественной вселенной — около 10⁸⁰ метров, и кажется, будто это много, если не вспоминать, что это лишь крошечная доля пространства, необходимого для появления двойников.

Наш участок вселенной вырос из крошечного клочка только-только зародившейся множественной вселенной, однако, как мы уже поняли, наш пузырек не единственный. Более того, не исключено, что в некоторых из этих пузырьков, а может быть, и во всех, законы физики несколько отличаются от наших. То ли электричество в них немного сильнее или слабее, то ли сильное взаимодействие (скрепляющее нейтроны и протоны) не совсем такое, как у нас, то ли измерений больше трех.

Позвольте прояснить некоторые обстоятельства существования множественных вселенных второго уровня.

1. То, что эта модель верна, неочевидно. Не исключено, что фундаментальные силы на самом деле составляют самую основу всего сущего и что все вселенные построены на одних и тех же физических законах.

2. Если и в самом деле существует множественные вселенные второго уровня, они не обязательно похожи на нашу. Возможно, во многих из них нет ни звезд, ни галактик, какие-то почти совсем пустые, какие-то схлопнулись под воздействием собственной гравитации. Чтобы создать, например, звезды или тяжелые элементы, физика должна быть очень-очень тонко настроена, да и мы тоже, и большинство вселенных просто не проходит отбора.

3. Края у вселенной все равно нет. Вселенные не отгорожены друг от дружки кирпичной стеной. Все вселенные в пределах множественной вселенной второго уровня — это потенциальные множественные вселенные первого уровня.

Однако и на втором уровне история не кончается. Тегмарк предполагает наличие множественных вселенных и третьего, и четвертого уровня, которые еще более спекулятивны и никак не связаны с вопросом о симметриях и о том, одинаковы ли повсеместно законы физики. Но мы про них все равно поговорим, очень уж это интересно.

Я уже немного говорил о том, как устроена квантовая механика, и большинство физиков просто принимают как данность, что в мире должна быть доля случайности (а может, и львиная доля) и возможность диковинной, хитроумной связи между далеко отстоящими друг от друга событиями.

Однако в этом далеко не все так уж уверены. В 1957 году Хьюго Эверетт, работавший научным консультантом в Пентагоне, придумал «многомировую интерпретацию» квантовой механики. Не то чтобы Эверетт создал совершенно новый набор физических законов. В сущности, вот что он хотел сказать: «Знаете все эти эксперименты, которые показывают квантовое поведение? Так вот, на них можно посмотреть с другой точки зрения».

Согласно многомировой интерпретации, каждый раз, когда квантовое событие можно измерить, создается новый набор вселенных. В одной вселенной можно оценить спин электрона как направленный вверх. В другой — как направленный вниз. Любопытно, что согласно многомировой интерпретации эти вселенные могут взаимодействовать друг с другом, что вызывает странное поведение — квантовую интерференцию.

Как я уже сказал, математически многомировая интерпретация ожидает от квантовых экспериментов того же самого, что и стандартная — копенгагенская — интерпретация, которой придерживается большинство физиков, в том числе и я. Однако еще она обеспечивает нам совершенно новый взгляд на множественную вселенную — причем, честно говоря, этот взгляд предлагает феерические перспективы, если дело вашей жизни — сочинять научную фантастику. И все же вынужден предупредить: если вы подпишетесь на многомировую интерпретацию, уясните себе предельно ясно, что ни Эверетт, ни кто угодно еще не предложил физический механизм путешествия между вселенными. Фантазируйте на здоровье, но отсюда вы никуда не денетесь.

На четвертом уровне все становится еще страннее. С первого по третий уровень предполагается, что законы физики хотя бы мимолетно напоминают законы в нашей вселенной. Во множественной вселенной четвертого уровня, как считает Тегмарк, «Все структуры, существующие математически, существуют и физически», хотя не вполне понятно, сколько найдется вселенных, поддающихся математическому описанию.

Насколько нам известно, возможно, что существует какая-то вселенная, где из наших фундаментальных взаимодействий наличествует только одно или вообще нет ни одного. Поскольку мы и в своей-то части множественной вселенной еще не разобрались с физикой до конца, даже если существует множественная вселенная четвертого уровня, мы не можем сказать, каковы составляющие ее вселенные, даже с минимальной долей уверенности.

Беда, с которой мы сталкиваемся всю эту главу, отчасти состоит в том, что мы не знаем, так ли уж необходимы параметры, описывающие нашу вселенную, возможно ли без них существование непротиворечивой вселенной или же они полностью произвольны. Множественная вселенная четвертого уровня по классификации Тегмарка вполне может предполагать существование как бесконечного множества вселенной, так и одной-единственной.

Если у вас и так голова кругом идет от разнообразия множественных вселенных, размышления о возможных наборах параметров едва ли вам помогут.

Однако на самом-то деле разговор у нас пойдет о множественных вселенных первого и второго уровня. В конце концов, на случай, если вы забыли, главная цель нашей беседы — разобраться с вопросом, одинаковы ли законы физики во всей вселенной.

Предназначена ли вселенная для нас?

Я вас уже предупреждал, но дополнительная осторожность не помешает: хотя симметрии позволяют нам лучше понять тайны природы и форму законов физики, они ничего не говорят о конкретном значении постоянных, входящих в эти законы. Мы не собираемся «выводить» массу электрона (по крайней мере, до сих пор нам это не удавалось). Возможно, во вселенной есть нечто фундаментальное, и оно позволит нам вывести все физические константы, однако на данный момент мы блуждаем в потемках. Это означает, что мы не знаем, заложены ли физические постоянные в законах изначально или они оказались такими относительно случайно — как случайна температура за окном в тот или иной день. Симметрия подсказывает, как записать уравнения, однако молчит о числовых значениях переменных.

Есть довольно много параметров, например, заряд электрона, которые взяты более или менее с потолка. Может быть, эти параметры и меняются из конца в конец исполинской вселенной, и отдельным областям — например, нашей наблюдаемой вселенной — просто повезло, что они подходят для возникновения сложной жизни.

В том, что мы по чистой случайности живем в области, законы физики в которой идеально подходят для существования человека, нет ничего загадочного. Иначе и быть не могло! Иначе нас с вами не было бы и некому было бы об этом рассуждать. То есть большинству физиков антропная аргументация и в самом деле не по сердцу. Большинство из нас лелеет надежду, что когда-нибудь потом мы сумеем разработать Теорию Всего, основанную исключительно на основных принципах.

А если они не заложены в саму ткань мироздания, насколько тонкая настройка нужна законам физики, чтобы мы могли существовать? Каковы наши шансы?

Позвольте предвосхитить типичный вопрос о тонкой подстройке вселенной. Почему свет перемещается со скоростью 299 792 458 метров в секунду? Как мы уже видели, краткий ответ состоит в том, что гораздо разумнее просто сказать, что свет перемещается со скоростью одна световая секунда в секунду и оставить в стороне вопрос об определении метра как исторический курьез.

Иначе говоря, значения параметров, выраженные в каких-то единицах, почти никогда не относятся к делу, поскольку, очевидно, они зависят от того, какие единицы выберешь. Я об этом заговорил, поскольку есть несколько способ комбинировать физические постоянные так, чтобы все единицы сократились. Вот, например, так называемая постоянная тонкой структуры (коротко — ПТС), представляющая собой просто число безо всяких единиц.

Что это за буковки? В этом уравнении e — заряд электрона, с — само собой, скорость света, а ћ — постоянная Дирака, она же приведенная постоянная Планка[46]. Она вылезает везде, где замешана квантовая механика.

Значение постоянной тонкой структуры составляет примерно 1137,035 999 08, и она входит в число самых точно подсчитанных постоянных за всю историю физики. И при всей этой точности мы не имеем ни малейшего представления, откуда она взялась. С числами в чистой математике так не бывает. Например, число p вполне можно вывести из основных принципов, даже если вы в жизни не видели круга. Вот как об этом говорит Ричард Фейнман:

Мы прекрасно знаем, какие танцы надо исполнить в экспериментах, чтобы измерить это число с очень большой точностью, но не понимаем, какие танцы надо исполнить на компьютере, чтобы получить это число — разве что тайком ввести его туда!

ПТС — это мера силы электромагнитного взаимодействия и, как вы, вероятно, заметили, она гораздо меньше единицы. С объективной точки зрения электромагнитная сила очень слаба. С другой стороны, по сравнению с другими взаимодействиями электромагнетизм неимоверно силен. Задумайтесь хотя бы о том, что электростатическое отталкивание между нашими кроссовками и полом с легкостью преодолевает гравитационное притяжение всей Земли!

В наших стандартных моделях космологии и физики частиц присутствует по меньшей мере 25 разных безразмерных и, судя по всему, независимых параметров. Предположим, мы возьмем и изменим одну только ПТС. Что будет?

Если бы ПТС была, например, больше 0,1 (примерно в 14 раз больше измеряемой величины), то углерод — а следовательно, и все элементы тяжелее углерода — не мог бы производиться в звездах. Это была бы катастрофа для углеродных форм жизни.

Или возьмем другой параметр — силу сильного ядерного взаимодействия, того самого, благодаря которому не рассыпаются ядра атомов. Если увеличить константу сильного взаимодействия всего на четыре процента, протоны быстро связывались бы друг с другом и формировали гелий2, изотоп, у которого вообще нет нейтронов. Звезды быстро выгорали бы и вырабатывали бы только инертный гелий — и ничего интересного так не возникло бы.

Похоже, так же обстоят дела с большинством фундаментальных постоянных. Мы живем во вселенной, где соотношение параметров таково, что обеспечивает наше существование. Это позволяет сделать всего три варианта выводов — причем все они не слишком соблазнительны.

1. Вселенная создана конкретно для людей или для сложной жизни в целом.

2. Параметры вселенной естественным образом следуют из какого-то еще не открытого закона физики, и нам просто чертовски повезло, что этот закон допускает наше существование.

3. Параметры во множественной вселенной варьируются, и по необходимости мы живем в одной из областей (возможно, очень редких), которая способна обеспечить условия для жизни (потому что при другом развитии событий нас бы не было).

Первый вариант попросту не имеет отношения к физике, вот почему он мне не нравится. Второй вариант, похоже, соответствует истине, однако физикам еще предстоит открыть Теорию Всего. А пока об этом можно сказать очень мало, и поэтому второй вариант оставляет у меня ощущение глубокой неудовлетворенности. Что же можно сказать о третьем варианте?

Вместо того чтобы задаваться вопросом, что бы случилось, если бы изменилась ПТС (или любой другой параметр), можно задаться вопросом, ответ на которые дадут наблюдения — вопросом о том, меняется ли она вообще, — а для этого придется заглянуть в пучины пространства.

Если мы хотим посмотреть, как меняется вселенная на космологических расстояниях от нас, придется начать с наблюдения объектов, которые находятся от нас на расстоянии в миллиарды световых лет. К счастью, природа обеспечила нас идеальными маяками — квазарами. В сущности, квазары — это гигантские черные дыры, впитывающие огромные количества вещества. Поскольку вещество падает в них с околосветовой скоростью, оно нагревается и производит излучение в достаточном количестве, чтобы его было видно в дальних уголках Вселенной.

Пространство между нами и квазарами заполнено облаками газа, и этот газ отчасти поглощает излучение по пути к нам. Облака поглощают свет только в определенном диапазоне длин волн, и эти длины определяются значением ПТС. Стоит изменить ПТС, и этот диапазон тоже изменится.

Начиная с 1999 года Джон Уэбб из Университета Нового Южного Уэльса и его сотрудники проверяют, меняется ли ПТС со временем и расстоянием, а для этого они наблюдают фотоны, поглощаемые разнообразными ионами железа и магния в очень далеких облаках. Изучая относительные длины волн поглощенных фотонов, ученые получают возможность сравнить ПТС на космологических расстояниях с тем, что получается по данным лабораторных измерений здесь, на Земле.

Результаты получились крайне неожиданные. Данные наблюдений далеких галактик в одной области неба показывают, что ПТС там примерно на одну стотысячную больше, чем на Земле, а в другой области — на одну стотысячную меньше.

Если эти результаты верны, их значение колоссально. Выходит, что ПТС почему-то варьируется в разных областях вселенной — и не надо забывать, что мы, прежде всего, не знаем, откуда вообще берется значение ПТС. Это плевок в лицо космологическому принципу.

Два очень важных факта. Во-первых, даже если этот результат верен, отклонение необычайно мало. Все то, что наблюдали Уэбб с коллегами, не делает ни тот, ни другой конец наблюдаемой вселенной непригодным для человеческой жизни. Для этого пришлось бы забираться неизмеримо дальше. Во-вторых, большинство физиков пока еще не убеждены, что результат верен. Сигнал относительно слаб, и целый ряд других исследовательских групп его не подтверждают. Лично я пока не собираюсь подбираться к своим учебникам с большой бутылью штрих-корректора. Если законы физики в пределах вселенной и меняются, то очень-очень мало.

В этой бочке дегтя есть, однако, и ложка меда. Даже если это отклонение и вправду есть, оно так незначительно, что мы можем ввести еще одну симметрию.

Трансляционная симметрия: законы физики в точности одинаковы во всех местах во Вселенной.

Крупномасштабная однородность — общее единообразие — структуры вселенной показывает, или по крайней мере предполагает, что во вселенной заложена трансляционная симметрия.

Сферы Дайсона и бесконечность вселенной

Итак, на самом крупном масштабе во вселенной нет никаких «особых» мест, а из этого следует, что налицо трансляционная симметрия физических законов. В этом и состоит первая часть космологического принципа.

Вторая часть космологического принципа звучит очень похоже — но есть одна хитрость. Вселенная не просто везде (приблизительно) одинакова — она еще и выглядит более или менее одинаково во всех направлениях. Между прочим, одно из другого совсем не следует. Скажем, соты (или куб Борга) примерно одинаковы, в какой бы ячейке вы (если вы пчела) ни оказались. С другой стороны, поскольку ячейки шестиугольны, вид, открывающийся перед вами, зависит от того, куда вы смотрите — в угол или на одну из сторон. Поэтому соты не изотропны.

А как же вселенная? На что она больше похожа — на надувной мяч или на соты?

Чтобы исследовать вселенную на очень крупных масштабах, лучше всего рассмотреть реликтовое микроволновое излучение. Как я уже упоминал, реликтовое излучение сохранилось с тех пор, когда вселенная была куда моложе нынешнего.

Это излучение не вполне однородно. Какие-то его участки чуть-чуть теплее среднего, какие-то холоднее. Эти различия — космологический эквивалент статического электричества на экране старого телевизора. Они отражают последствия случайных квантовых флуктуаций на очень ранних этапах развития вселенной.

Однако разница между ними минимальна — всего в одну стотысячную. Хотя карта выглядит очень равномерной — пятнышки распределены на ней болееили менее случайным образом — многие исследовательские группы проделали детальный анализ в поисках относительно более структурированных направлений.

И обнаружили кое-какие отличия от однородности, получившие название «Ось зла». В сущности, наличие Оси зла означает, что во вселенной имеется некая особая ориентация и предпочитаемое направление.

Подумайте для сравнения о Земле. Земля вращается вокруг оси, проходящей через Северный и Южный полюса, и из-за вращения она слегка сплюснута с полюсов и выпирает по экватору. Предпочитаемое направление способно погубить идеальную симметрию сферы и превратить ее в смешной асимметричный сплюснутый (и в нашем случае — голубой) сфероид.

Реально ли существует вселенская Ось зла или это всего лишь статистическая флуктуация? В данный момент ученые, по всей видимости, согласны, что это всего лишь случайно сгенерированный квантовый шум. Беда в том, что, в отличие от лабораторных экспериментов, вселенная у нас только одна, а поскольку она развивается так медленно, то у нас, по сути дела, в распоряжении всего один снимок.

Очевидная изотропия вселенной — то есть то обстоятельство, что она более или менее одинакова по всем направлениям — предполагает, по крайней мере, вероятность наличия еще одной физической симметрии.

Вращательная симметрия: законы физики не меняются, если повернуть систему в целом.

А это заставляет нас вернуться к вопросу, с которого начался наш разговор — ура-ура, мы о нем не забыли: к вопросу о том, почему ночью темно. Повторяю, довода, что Солнце находится по другую сторону от Земли, недостаточно. Разумеется, это правда, но правда и то, что Солнце — не единственная звезда во вселенной. Звезд на небе столько, что, если вдуматься в цифры, непонятно, почему они не поджарят нас в мгновение ока.

Мы уже убедились, что вселенная очень велика, а может быть, и бесконечна. Если она и в самом деле более или менее одинакова по всем направлениям, то чем дальше от Земли заглянешь, тем больше звезд увидишь. С другой стороны, чем они дальше, тем тусклее.

Сфера Дайсона

Так что же перевешивает — практически бесконечное множество звезд в небе, каждая, по грубым прикидкам, такой же собственной яркости, что и Солнце, или тот факт, что каждая звезда в отдельности тусклая? Чтобы оценить оба эти эффекта, я снова прибегну к симметрии, а попутно при помощи наглядных иллюстраций покажу, как искать внеземные цивилизации.

В 1960 году Фриман Дайсон, физик и футурист из Принстона, предложил способ искать крайне высокоразвитые цивилизации. Раса, достигшая очень высокого уровня технологического прогресса, могла бы построить вокруг своей звезды гигантскую сферу (в научной фантастике они так и называются — сферы Дайсона), которая улавливала бы все падающее на нее излучение. Излучение исходит от звезды симметрично, это функция как симметричной природы электромагнитного поля, так и того факта, что звезды представляют собой почти идеальные сферы. Сфера Дайсона улавливает излучение равномерно по всей поверхности, и если выстроить ее на соответствующем расстоянии от звезды-родительницы, вся ее внутренняя поверхность станет обитаемой.

Для наглядности представьте себе, что если бы мы выстроили сферу Дайсона радиусом приблизительно в одну астрономическую единицу (тогда температура на ее поверхности будет примерно равна комнатной), количество доступной недвижимости возросло бы в несколько миллиардов раз по сравнению с нынешним. Вот это я понимаю — падение рынка! Зато проблема перенаселенности будет решена — на сфере хватит места квинтильонам. Однако, даже если не вдаваться в технические детали, сразу можно сказать, что главной загвоздкой станет недостаток сырья для строительства подобного сооружения.

Дайсон понимал, что все впитанное излучение в конечном итоге будет излучено дальше. Внешняя сторона сферы будет балансировать примерно на уровне комнатной температуры и в конце концов испустит инфракрасное излучение обратно во вселенную.

На самом деле Дайсон не предлагал нам строить гигантскую сферу вокруг Солнца. Нет, он считал, что подобная идея могла бы прийти в голову сверхцивилизациям — и тогда мы бы могли найти сверхцивилизации путем поиска гигантских источников инфракрасного излучения. Правда, если учесть немыслимое могущество подобных цивилизаций, неясно, так ли уж хорошо было бы для нас наладить с ними контакт. Как-то сразу представляешь себе комара, присевшего на спину тираннозавру.

Закон обратных квадратов

Представьте себе, что мы построили сферу с радиусом не в одну астрономическую единицу, а в две — то есть она вдвое дальше от Солнца. В нашей Солнечной системе она примерно совпадет с внутренним краем пояса астероидов — перед самым Юпитером. Материалов нам понадобится гораздо больше. Если удваиваешь радиус сферы, площадь поверхности возрастает в четыре раза. Квадратное соотношение, сами понимаете. Однако это означает, что количество излучения, доходящего до любой точки на сфере, сокращается — тоже в четыре раза. Яркость источника обратно пропорциональна квадрату расстояния до него.

Закон обратных квадратов открыл не Дайсон. Он известен со времен античности и появляется в самых разных контекстах. Чем дальше галактика, тем тусклее она становится — пропорционально квадрату расстояния до нее.

Обратному квадрату расстояния пропорциональна и гравитация. Чем дальше находишься от Солнца или от центра Земли, тем слабее сила гравитации. Она также при удвоении расстояния сокращается в четыре раза. Соотношение между силой гравитации и законом обратных квадратов стало катализатором, подтолкнувшим Исаака Ньютона к публикации в 1687 году «Principia Mathematica». В этом труде он сформулировал основы многого из того, что мы теперь называем физикой, и представил соответствующие формулы, в том числе и свои знаменитые законы движения. Очень может быть, что все это он опубликовал на спор.

В 1684 году Эдмунд Галлей (тот самый, с кометой), Кристофер Рен и Роберт Гук — выдающиеся ученые своего времени — обсуждали, почему планеты вращаются по эллиптическим орбитам. Вспомним, что этот факт открыл Кеплер на основании наблюдений за 75 лет до этого. Рен даже предложил денежное вознаграждение всякому, кто предоставит ему решение этой задачи.

Галлей был убежден, и вполне справедливо, что планеты притягиваются к Солнцу с силой, пропорциональной обратному квадрату расстояния, но дальше продвинуться не смог. Поэтому он обратился к Ньютону. Ньютон тогда еще не опубликовал труд всей своей жизни, однако уже был профессором в Кембридже и пользовался заслуженной славой гения первой величины. Вот как писал об этом случае современник:

В 1684 году доктор Галлей посетил Кембридж и, проведя некоторое время в обществе сэра Исаака, спросил его, какой, по его мнению, должна быть кривая, описываемая планетами, если предположить, что сила притяжения к Солнцу обратно пропорциональна расстоянию до него.

Сэр Исаак тут же ответил, что это должен быть эллипс. Доктор, преисполнившись радости и изумления, спросил, откуда ему это известно.

— Видите ли, я это вычислил, — сказал тот.

Общепринятая точка зрения состоит в том, что Ньютон все это вывел лет за 25 до описываемой беседы, когда вернулся домой из школы, поскольку занятия отменили из-за эпидемии чумы. Так ли это, неясно. Ясно другое: черновики Ньютон не нашел и поэтому пообещал Галлею повторить выкладки. Три года спустя, в 1687 году, он опубликовал «Principia». В данных обстоятельствах Галлей, похоже, поступил не по-джентльменски, забрав себе денежный приз, который предлагал Рен.

Из вселенского закона обратных квадратов следуют весьма важные выводы. Помните, что закон этот относится не только к гравитации, но и к свету, а именно с рассуждений о свете и началась наша беседа. Представьте себе бесконечную вселенную, равномерно заполненную галактиками. Для простоты представляйте себе галактики так же, как наши предки — звезды: вделанными в небесные сферы. Немного изменим картину: пусть сфер у нас будет бесконечно много. Чем дальше сфера, тем больше галактик на нее поместится.

Предположим, одна из этих сфер находится от нас в 10 миллионах световых лет, а другая — в 20 миллионах световых лет. Каждая галактика на меньшей сфере будет казаться в четыре раза ярче, чем ее далекие товарки. С другой стороны, на большей сфере поместится в четыре раза больше галактик. Перемножьте — и получится, что обе сферы изливают на Землю примерно одинаковое количество света. В бесконечной вселенной и сфер будет бесконечно много. Сложите все — и получите бесконечный луч яркого света отовсюду, куда бы вы ни посмотрели.

Если вы считаете, будто астрономы просто лишком умничают (или что я слегка сжульничал со своим зрелищным «экспериментом»), вспомните о чаще леса. Ближайшие деревья кажутся толстыми. Чем дальше, тем тоньше они выглядят, но их столько, что если углубиться в лес, то просвета не будет видно ни в каком направлении. А теперь предположим, что деревья горят, причем каждое — с яркостью Солнца. Космолог Эдвард Харрисон описал это довольно-таки поэтическим языком:

В этом пылающем жаром аду атмосфера Земли исчезла бы в считаные минуты, океаны выкипели бы за несколько часов, а сама Земля испарилась бы за несколько лет. И все же, разглядывая небеса, мы обнаруживаем, что вселенная погружена во тьму.

Перед нами парадокс Ольберса, получивший название в честь последнего, кто его описал. Парадокс имени себя Генрих Ольберс описал в 1823 году, однако сама идея — едва ли не ровесница самого принципа Коперника и восходит как минимум к 1605 году, когда Иоганн Кеплер написал о страшных последствиях бесконечного звездного распределения в трактате «Astronomia nova»:

Сами эти размышления несут с собою неведомую тайну, скрытый ужас — и в самом деле, выходит, что человек блуждает в бесконечности, лишенной и центра, и пределов и, следовательно, любого направления и цели.

Кеплер понимал, что следует из концепции симметричной вселенной, и это ему не нравилось. Он считал, что звезд должно быть ограниченное количество и что они наверняка «заключены и окружены стеною либо преградою».

Мы не в состоянии заглянуть бесконечно далеко, поскольку звездный свет от объектов дальше чем несколько десятков миллиардов световых лет еще не успел добраться до нас. Преграда, о которой говорил Кеплер — это начало времен.

Одна из симметрий — вращательная — дает нам закон обратных квадратов. Она же в сочетании с еще одной симметрией — однородностью вселенной — задает нам загадку, почему ночью темно. Эта загадка решается при помощи асимметрии — времени.

Мы уже видели, что течение времени на вид очень симметрично, однако время как координата вселенной определенно несимметрично: у вселенной есть начало. Начало вселенной — источник всех наших проблем при попытке понять, почему энтропия во вселенной была и остается такой низкой. Кроме того, именно оно позволяет нам спокойно спать по ночам. Секундочку!

Почему прошлое, настоящее, будущее — а больше ничего?

Все это время мы исходили из одного смелого допущения. Мы говорили о симметрии пространства так, словно очевидно, что мы живем во вселенной с тремя пространственными измерениями и одним временным. Все, что известно нам о стандартной модели, построено на предположении, что измерений у вселенной три плюс одно, как предпочитают говорить специалисты, однако не объясняет, почему так получилось.

С моделью «3+1» заранее согласны не все. Один из популярных, пусть и очень спекулятивных, подходов к пониманию единых законов вселенной получил название «М-теория». Помимо всего прочего, М-теория гласит, что у вселенной десять пространственных измерений и одно временное. Предполагается, что все пространственные измерения, кроме трех, очень малы, в сущности, это вселенная Пак-Мана на масштабах гораздо меньше не просто нас с вами, но и атомного ядра.

Представим себе на миг, что М-теория верна (хотя далеко не все физики с этим согласятся), и тогда возможно, что где-то во множественной вселенной макроизмерений больше трех. Однако антропный принцип настоятельно требует, чтобы там не жило никого интересного.

Тут кто-нибудь обязательно возвысит голос свой и скажет, что нигде не сказано, что жизнь непременно должна быть такой же, как здесь, на Земле. Это так. Признаю, что я всего-навсего предполагаю, кроме всего прочего, что для возникновения жизни должны сформироваться разные сложные молекулы и атомы тяжелее водорода. Поскольку внеземной, не говоря уже о вневселенской, жизни мы никогда не видели, я могу ошибаться. И готов рискнуть.

Что же не так в любой гипотезе, кроме «3+1»?

Роман Эдвина Эбботта «Флатландия» — повествование о двумерном мире, которое дает представление о том, как можно нам, жителям трехмерного мира, представлять себе четырехмерный. Рассказчик — квадрат. Да-да, квадрат. Роман о его цивилизации и о физике. Еще там есть немного замечаний о политике. Заверяю вас, это куда интереснее, чем кажется по моему описанию.

Главная проблема подобного мира, прямо скажем, сложна. Приведу обидный и малоприличный пример: представьте себе, что вы двумерная амеба. У вас есть отверстие наподобие рта, которое принимает пищу. Как работает ваша пищеварительная система? Ну, стоит предположить, что сквозь вас проходит трубочка с отверстием на другом конце. Беда в том, что в двумерном мире такая трубочка расколет вас пополам. Иначе говоря, чтобы у вас работала пищеварительная система, надо, чтобы рот выполнял двойную функцию и служил и задом тоже…

Даже если не думать ни о чем неприличном, в двумерном мире, не говоря уже об одномерном, есть одна фундаментальная сложность. Системы и организмы в таком мире попросту не могут обладать достаточной сложностью, чтобы развить у себя хотя бы подобие разума.

Представить себе двумерные вселенные просто, поскольку их можно нарисовать на бумаге или на экране компьютера. Куда труднее нарисовать мысленную картину того, какова была бы жизнь во вселенной, где измерений больше трех. Однако нам придется по крайней мере задуматься над такой вероятностью. Если М-теория верна и измерений и правда десять, почему среди них так много компактных и всего три больших?

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.