Простое деление

Мысль смелая, но смелости Линде хватало всегда. Он ездил в Горький обсуждать свою теорию со ссыльным Сахаровым, а в Москве умудрился утащить с конференции Стивена Хокинга.

Великого британского физика два часа искали чуть не по всему городу, а Хокинг с Линде тем временем спорили – это был именно спор – в гостиничном номере британца. В 1989 году Линде покинул Россию, получив приглашение в один из главных исследовательских центров мира – швейцарский CERN. Сегодня профессор Андрей Линде признан классиком науки, живет в Калифорнии, преподает в Стэнфордском университете и продолжает развивать свои смелые идеи.

Городок Пало-Альто в мягкий солнечный полдень выглядит мило, но обычно. Катят по дороге машины, снуют велосипедисты, на лужайке кампуса Стэнфордского университета распускаются маки. Вид из окна кабинета физика Андрея Линде идиллический, и только. Но для ­самого Линде эта идиллическая картина – очередная иллюстрация его теории. Линде – не просто ­физик, а, если угодно, мистик от физики. И каждый штрих картины этого ласкового солнечного полдня для него неслучаен – вплоть до фотонов, которые и освещают картину, преодолев расстояние от Солнца до Земли почему-то именно за восемь минут. Что было бы, если бы они, фотоны, преодолевали это расстояние, скажем, за двенадцать минут или за пять? Тогда идиллической картины не было бы – в этом и дело. Все до единого свойства нашей Вселенной словно нарочно придуманы так, чтобы в ней возникла и существовала жизнь. Изменись законы физики хоть немного, говорит Линде, в нашем мире не осталось бы и следа той жизни, которая нам известна.

Например, мы знаем, что атомы состоят из протонов, нейтронов и электронов. Так вот, если бы протоны были всего на 0,2 процента тяжелее, чем они есть, они утратили бы стабильность и распались на более мелкие частицы. С ними исчезли бы атомы – и мы сами. Или еще: будь сила притяжения хоть немного выше, последствия оказались бы не менее драматическими. Большая сила притяжения сжимала бы звезды в более плотные объекты, они сделались бы меньше и горячее. И вместо того чтобы жить миллиарды лет, сожгли бы свое топливо уже за несколько миллионов и исчезли задолго до того, как жизнь успела бы возникнуть. Подобных примеров очень много. Слишком много, чтобы физики могли считать их случайностью.

– Мы имеем дело с огромным числом очень, очень странных совпадений. И все эти совпадения как будто служат одной цели: позволить нам существовать, – говорит Линде.

Физики не любят случайных совпадений. Фи­зи­кам очень не нравится, когда получается так, будто возникновение жизни было ­центральным событием в истории Вселенной, все остальные характеристики которой были словно ­нарочно подобраны так, чтобы это событие произошло. Од­нако последние открытия вынуждают недовольных физиков рассматривать именно такую возможность. Жизнь предстает уже не случайным «дополнительным элементом» мироздания, кото­рый возник из цепочки химических реакций на единственной планете, затерянной в ­глубинах пространства, и длится по вселенским меркам времени не более пары секунд. Дело выглядит скорее так: не мы приспособлены для жизни во Вселенной – Вселенная приспособлена для нашей жизни в ней.

В этом можно видеть случайность, неразрешимую загадку, чудо. Но многие физики видят в этом центральную проблему своей науки. И ­если они не хотят прибегать к палочке-выручалочке, известной под именем «разумного творца», ­остается едва ли не единственное объяснение. Наша Вселенная – вероятно, лишь одна из ­множества других, параллельных, образующих вместе так называемую мультивселенную, мегакосмос. Большинство этих вселенных напрочь лишено даже намеков на жизнь. Но в некоторых – редких, вроде нашей – существуют благоприятные для жизни условия.

Сама идея вызывает бурные споры. Некоторые критики вообще отказываются ­считать эту теорию научной, поскольку ни доказать, ни опровергнуть наличие параллельных вселенных невозможно. Сторонники же теории возражают, что она единственное, кроме вероисповедальных, объяснение «точной настройки Вселенной». Того факта, что действующие законы физики словно специально написаны, чтобы гарантировать возникновение жизни.

– Для меня существование большого числа вселенных – логически допустимая возможность, – говорит Линде. – Вы можете возразить: «А вдруг это случайное совпадение. Или это Господь Бог создал Вселенную специально для нас». Насчет Бога я ничего не знаю, а вот большая Вселенная вполне может бесконечно перерождаться в бессчетном количестве вариантов.

Линде – невысокий, крепко сбитый ­мужчина с копной непослушных седых волос. С ­первого взгляда он не производит впечатления ­человека, посвященного в тайны устройства Вселенной. За­то это впечатление он производит с первых же слов, когда оглашает мне длинный список случайностей, ответственных за возникновение жизни.

– Если мы увеличим массу электрона вдвое, жизнь исчезнет. Если мы поменяем силу взаимодействия между протонами и электронами, жизнь исчезнет. А взять наше пространство с его тремя измерениями и временем. Если бы измерений было не три плюс время, а четыре плюс время, то планетные системы были бы нестабильны и жизнь бы не возникла. А если бы измерений было два плюс время, нам просто негде было бы жить.

Мысль, что Вселенная создана ­именно для нашей жизни в ней – так называемый «антропный принцип», впервые высказал физик из Кембриджа Брендон Картер. Это было в 1973 году в Польше, на конференции в честь тамошнего уроженца Николая Коперника. Астроном Ко­пер­ник имел в XVI веке дерзость провозгласить, что центром Вселенной является вовсе не Земля, а Солнце. Картеру же хватило дерзости предположить, что, существуй во Вселенной произвольный набор физических законов, она осталась бы безвидовой и пустой. И что именно необходимость наличия жизни определяет заданность главных физических констант. Поместив в центр Вселенной жизнь – на конференции, посвященной не кому-нибудь, а именно Копернику, – Кар­тер бросил вызов системе научных взглядов на мир. Той самой системе, которая начала формироваться почти пятьсот лет назад, когда польский астроном удалил Землю и населяющих ее людей из центра мироздания.

Картер предложил две редакции антропного принципа. «Слабый» антропный принцип – это просто утверждение, что мы живем в таком особенном пространстве-времени и в такой момент истории Вселенной, где и когда возможна жизнь. Очевидно, жизнь не могла существовать на ранних стадиях развития Вселенной, как минимум до возникновения звезд, стало быть, Вселенная должна была достичь определенного возраста и претерпеть известную эволюцию, прежде чем дать нам шанс появиться. «Сильный» антропный принцип – куда более смелое утверждение. Согласно ему, сами законы физики предполагают и направлены на неизбежное возникновение жизни. Фримен Дайсон, знаменитый физик из Института перспективных исследований в Принстоне, формулирует это так: «Вселенная знала, что мы будем в ней жить».

Антропный принцип много лет прозябал на периферии научной мысли. Физики находили идею, пожалуй, любопытной, но слишком абстрактной, далекой от актуальных научных проблем. Андрей Линде в середине семидесятых годов тоже совершенно не интересовался антропным ­принципом. В ту пору он, профессор Физического ­института им. Лебедева в Москве, занимался самой актуальной проблемой – физикой Большого взрыва. Лин­де и ряд других исследователей уже понимали, что стандартной теории Большого взрыва – так называемой модели горячей Вселенной – чего-то не хватает. Она не объясняла ключевую загадку Вселенной – ее удивительную однородность.

Под однородностью Вселенной понимают следующий факт: температура ее пространства практически везде одинакова и равна 2,7 ­градуса Кельвина (т. е. на 2,7 градуса Цельсия выше абсолютно­го нуля). Спрашивается, как могло получиться, что в самых разных областях Вселенной, удаленных друг от друга на невообразимые расстояния, наблюдается одна и та же температура?

Стандартная модель горячей Вселенной дает ответ: этого быть никак не могло. С момента своего рождения в пламени Большого взрыва Вселенная, разумеется, непрерывно остывала – и в этом-то проблема! Чтобы все регионы Вселенной имели одинаковую температуру, они должны были обмениваться друг с другом теплом – так кубики льда, опущенные в чашку горячего чая, тают и отбирают жар напитка, в результате чего мы получаем охлажденный чай с одинаковой по всей ­чашке температурой. Но, как доказал Эйнштейн, ­ничто в нашей Вселенной, включая тепло, не может распространяться быстрее скорости света. И тогда – в рамках стандартной модели горячей Вселенной – с момента Большого взрыва до наших дней попросту не прошло достаточно времени, чтобы все области пространства, столь удаленные друг от друга, успели обменяться теплом и достичь единой температуры. А тогда что?

В 1981 году Алан Гут, физик из Массачусетского технологического института, предложил объяснение загадки. И хотя у теории были слабые места, Линде, вдохновленный идеями Гута, поддержал ее и вскоре сумел исправить недостатки. В двух словах, Гут и Линде предположили, что в самые первые моменты жизни Вселенная испытала колоссальный спазм бурного расширения, который ученые назвали инфляцией – надуванием. Сегодня так называемая инфляционная модель Вселенной признана повсеместно и считается стандартной (взамен теории горячей Вселенной). Теория инфляции предполагает, что области пространства, которые ныне разделены миллиардами световых лет, некогда были достаточно близки друг к другу. И успели-таки обменяться теплом и охладиться до единой температуры, прежде чем были разнесены на современные расстояния инфляцией. Вот и все решение.

Но уже в середине восьмидесятых Линде и Александр Виленкин, физик из Университета Тафт­са (штат Массачусетс), решительно ­нарушили наметившееся академическое спокойствие. Высказанное ими утверждение по сей день ­остается почти столь же спорным, как и двадцать с лишним лет назад. И заключается в том, что ­инфляция Вселенной была не одномоментным событием, а процессом, который протекал в разное время в различных ее областях. И протекает до сих пор: в этот самый миг от нашего мира отпочковываются все новые области пространства, где, в свою очередь, начинается бурный процесс расширения – и возникают новые, отдельные от нашей вселенные. Этот процесс Линде называет вечной хаотической инфляцией.

Последние двадцать лет Линде потратил во многом на шлифовку своей идеи, доказывая, что каждая новая вселенная имеет, вероятно, собственные законы физики, совершенно ­отличные от наших. Самая современная версия теории Линде дает объяснение и антропному ­принципу. Коль скоро существует значительное число различных вселенных с собственными ­свойствами и законами физики, то хотя бы в одной из них может возникнуть именно такая комбинация законов и свойств, которая даст возможность появиться звездам и планетам, а с ними – и жизни. Больше того, такая комбинация должна возникнуть – просто по теории вероятности.

Большинство физиков восприняло эти идеи сдержанно. Не было никаких оснований верить в существование других вселенных – пока на рубеже нового тысячелетия астрономы не совершили одно из самых знаменательных открытий в истории науки.

В 1998 году две группы исследователей, изучавших сверхновые звезды, образующиеся в результате взрыва материнской звезды, обнаружили, что скорость расширения Вселенной со временем увеличивается. Открытие ошеломило научный мир. Все-то полагали, что расширение Вселенной, начавшееся Большим взрывом, должно со ­временем замедляться – под действием совокупной силы притяжения галактик и прочей материи, существующей в космосе. Но выяснилось, что в самую ткань Вселенной вплетена неизвестная доселе форма энергии – физики зовут ее попросту темной. И под ее-то действием Все­ленная продолжает расширяться со все возрастающей скоростью.

Космологи поначалу засомневались, но вскоре результаты наблюдений через космический телескоп «Хаббл» и независимые исследования реликтового излучения (эха Большого взрыва) убедительно доказали: темная энергия существует.

Физиков темная энергия сразила наповал. Не самим фактом своего существования – как раз в том, что пустое пространство скрывает какую-то неведомую форму энергии, для них не было ничего удивительного. Еще с двадцатых годов известны бессчетные «виртуальные» элементарные частицы, которые ежесекундно возникают из ниоткуда и пропадают в никуда. Этакий квантовый «белый шум», сопровождающий нас постоянно и не стоящий особого внимания. Нет, физиков потрясло другое. Выяснилось, что темной энергии в пространстве ровно столько, сколько нужно, чтобы Вселенная продолжала расширяться с возрастающей скоростью, но при этом оставалась единым целым. Наука столкнулась с еще одним антропным свойством Вселенной – необходимым, чтобы породить планеты, звезды, галактики и нас с вами.

– Если бы темной энергии было больше, ее хватило бы, чтобы преодолеть силу притяжения, благодаря которой материя сформировалась в галактики, звезды, планеты – в частности, в Землю, – констатирует коллега Линде по Стэнфорду, физик Леонард Зюскинд. – Это одна из самых удивительных загадок физики. Пока мы знаем лишь одно: будь во Вселенной немного больше темной энергии, в ней бы точно не было физиков, которые смогли сей факт установить.

– С этим открытием точность «настройки» Вселенной на жизнь становится уже почти стопроцентной, – согласен и Стивен Вайнберг, лауреат Нобелевской премии по физике из Университета Техаса. – И дальше считать это случайностью просто невозможно.

Открытие темной энергии не оставляет возможностей игнорировать теорию параллельных вселенных. Ее обоснованность подтверждается и развитием другой области физики – так называемой теории струн. Экспериментальных подтверждений теории струн до сих пор нет, однако большинство физиков согласно, что она лучший кандидат на звание «теории всего», полностью и единообразно описывающей поведение всех объектов Вселенной, от кварков до квазаров. Согласно теории струн, наблюдаемая реальность состоит не из элементарных частиц, а из тончайших колеблющихся струн, которые, вибрируя с разной частотой, порождают все известные частицы и силы во Вселенной. Теория струн чрезвычайно  сложна и требует, например, для своей корректной работы признать пространство-время как минимум одиннадцатимерным (и предположить, что «недостающие» измерения нами пока просто не открыты). Несмотря на это, она очень убедительна математически и позволяет объяснить все известные законы физики.

В 2000 году, впрочем, была опубликована работа, покусившаяся на самые основы теории струн. Йозеф Полчински из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и Рафаэль Буссо из Калифорнийского университета в Беркли подсчитали число возможных решений для базовых уравнений теории струн. Оказалось, что число это ­поистине астрономическое – единица с тысячью нулей. Каждое такое решение представляет собой уникальный способ описания Вселенной. А это означает, что любые результаты любого эксперимента почти заведомо окажутся так или иначе соответствующими теории струн. То есть теорию нельзя ни подтвердить, ни опровергнуть.

Некоторые ученые считают, что это смертный приговор теории струн. Другие же видят в этом подтверждение справедливости теории параллельных вселенных. Леонард Зюскинд отстаивает вторую точку зрения. Он полагает, что разные варианты решения уравнений теории струн как раз описывают различные существующие вселенные. Антропный принцип, теория параллельных вселенных и теория струн дополняют друг ­друга, уверен Зюскинд, и вместе создают пусть весьма необычный, но последовательный и непротиворечивый новый взгляд на нашу Вселенную. Одну-единственную из великого множества, где нам повезло родиться и где законы физики как нельзя более этому благоприятствуют.

– Кто-то скажет, что работа Полчински и Буссо – катастрофа для теории струн. Вместо того чтобы дать единый и четкий ответ на наши вопросы, теория дает их столько, что мы ничего не можем понять, – говорит Зюскинд. – Но другие возразят: «Да нет же, это то самое, чего нам так не хватало, – объяснение вечной хаотической инфляции, параллельных вселенных, антропного принципа и всего остального».

Последние работы Линде укрепили связь между теорией струн и теорией параллельных вселенных. Некоторые физики уже давно допускали, что дополнительные измерения, необходимые для корректной работы теории струн, играют ключевую роль в определении свойств новых вселенных, которые рождаются в процессе вечной хаотической инфляции. Идея заключается в следующем: когда от родительской вселенной отпочковывается новая, лишь три из одиннадцати предписанных теорией струн измерений подвергаются инфляции, необыкновенно расширяясь и порождая пространство для материи. Другие измерения остаются, по сути ­дела, невидимыми, однако оказывают влияние на свойства новой вселенной. Линде и его коллеги сумели описать механизм, который, с одной стороны, не дает невидимым измерениям развернуться, а с другой – обеспечивает многообразие свойств трех развернутых, порождая множество уникальных вселенных.

Идеи Линде превращают гипотезу о существовании параллельных вселенных из возможной в весьма вероятную. И все же он не доказал, что эти вселенные существуют в действительности. Главная проблема здесь – измыслить способ экспериментально подтвердить их наличие. Ведь все эксперименты и наблюдения мы по определению можем совершать лишь внутри нашей Вселенной. Так какой же смысл размышлять о том, чего никак нельзя обнаружить?

Я задал этот вопрос Мартину Рису, астрофизику из Кембриджа и Королевскому астроному Велико­британии. Мы встретились в Тринити-колледже, в его резиденции с окнами на безупречно ухоженный внутренний двор. Напротив – окна кабинета, который некогда занимал сэр Исаак Ньютон.

Рис поддерживал идеи Линде с момента их опуб­ли­ко­ва­ния. Он признает, что шанс непосредственно наблюдать параллельные вселенные, может, не представится нам никогда. Тем не менее, считает астроном, убедительно доказать их наличие возможно. Для этого требуется, чтобы теория параллельных вселенных сформулировала предсказания свойств нашего мира. Их-то проверить можно. И если эксперименты подтвердят предсказания теории, это станет достаточным основанием утверждать, что верны и другие ее положения. Пусть даже они касаются вселенных, которые мы наблюдать не можем.  

– Когда теория корректно объясняет доселе необъяснимые свойства реального мира, нам следует и к другим ее предсказаниям относиться серьезно. Даже если эти предсказания сложно проверить в непосредственном эксперименте, – рассказывает Рис. – Еще пятьдесят лет назад гипотеза Большого взрыва тоже могла показаться досужим домыслом...

Большой взрыв с тех пор не воспроизвели в лаборатории. Но эта ­теория объяснила так много, что ­признана вполне убедительной. И научные знания о том, что происходило ­спустя миллисекунду после рождения Все­лен­ной, сегодня считаются столь же достоверными, как, скажем, знания о древней истории Земли.

Интерес к теории струн и параллельных вселенных может резко возрасти в самом ближайшем будущем. Через год-два физики проанализируют первые данные экспериментов на Большом адронном коллайдере – новейшем ускорителе элементарных частиц, построенном на франко-швейцарской границе и обошедшемся научному сообществу в восемь миллиардов долларов. Если теория струн верна, коллайдер должен засвидетельствовать наличие целого сонма новых частиц. Есть даже небольшие шансы, что обнаружатся и доказательства существования таинственных дополнительных измерений, которые предполагает теория струн.

– Если нам удастся замерить ­нечто, соответствующее предсказаниям теории струн, мы получим и косвенное свидетельство существования параллельных вселенных, – говорит Бер­нард Карр, космолог из Университета королевы Марии в Лондоне. Доказательства могут поступить и из космоса. Зюскинд считает, что свою роль способен сыграть спутник Европейского космического ­агентства «Планк», который будет запущен в начале следующего года. Некоторые модели структуры параллельных вселенных предполагают, что наша Вселенная обладает характерными особенностями геометрии. Тогда лучи света должны изгибаться при определенных условиях определенным образом. И «Планк», задача которого – изучать реликтовое излучение, может экспериментально подтвердить такие искажения. Если наблюдения «Планка» совпадут с предсказаниями теории, это вновь будет означать, что мы получили косвенное свидетельство существования иных вселенных.

Впрочем, сам Линде на вопрос о доказательствах отвечает чрезвычайно просто.

– Никакая другая теория не может объяснить все имеющиеся факты. У нас нет другого объяснения существованию темной энергии; у нас нет другого объяснения столь ­малой массе электрона; у нас нет никакого другого объяснения большинству свойств элементарных частиц. Я говорю о том, что надо открыть на все это глаза, – продолжает Линде. – Мы имеем массу экспериментальных данных, и они согласуются с единственной теорией – теорией параллельных вселенных. Другой подходящей просто нет. Я не утверждаю, что перечисленных свойств Вселенной достаточно, чтобы признать справедливость теории. Но вы меня спросили, есть ли экспериментальные подтверждения ее правильности, и я отвечаю: да, есть. Еще Артур Конан Дойль устами Шерлока Холмса сказал: «то, что останется, если отбросить все невозможное, и является истиной, какой бы невероятной она ни казалась».

И все же для многих физиков теория параллельных вселенных остается лишь соломинкой, за которую хватается утопающий в отчаянной надежде хоть как-то все объяснить. Раз подтвердить ее нельзя, говорят критики, значит, нужно о ней забыть. И появление в науке антропного принципа скептики считают шагом назад – к той самой модели мира с ­человеком в центре, которую развенчал еще Коперник. Они язвят, что применение антропного принципа для объяснения свойств Вселенной равносильно утверждению, будто и океанские лайнеры создала сама природа специально для того, чтобы моллюскам было к чему прицепиться.

– Если вы позволяете себе вообразить бесконечное число разных миров, то, конечно, вы можете объяснить что угодно, – говорит Джон Полкингхорн, в прошлом специалист по физике элементарных частиц в Кембридже, а ныне – англиканский священник. – Когда теория объявляет возможным все, она не объясняет ничего. «Теория всего» – совсем не то же самое, что «теория чего угодно».

Сторонники же теории параллельных вселенных не устают напоминать оппонентам, что их позиция давно опровергнута самим ходом истории.

– На всем протяжении истории науки Вселенная шаг за шагом расширялась, – говорит Карр. – От геоцентрической системы мы перешли к гелиоцентрической, а потом к галакто­центрической. Затем, в двадцатые годы, произошел новый гигантский скачок, мы поняли, что и наша галактика – лишь малая часть Вселенной. Я смотрю на теорию параллельных вселенных как на очередной шаг на этом пути. И каждый раз, когда происходило расширение, консервативные ученые сетовали: «Как можно! Ведь это же не наука!» То, что мы видим сегодня, – очередное повторение уже пройденного.

Но если теория параллельных вселенных – и в самом деле финальный акт начатой Коперником революции, а наша родная Вселенная – лишь песчинка в бесконечно гигантском мегакосмосе, то каково во всем этом великолепии место человека? И ­если «точная настройка» нашего мира на существование жизни – лишь шанс, подаренный теорией вероятности, то остается ли в таком мире место для «точного настройщика» – скажем, Бога?

– Я не считаю, что теория параллельных вселенных ликвидирует вероятность существования ра­зумного, позитивно настроенного творца, – говорит Вайнберг. – Однако она действительно делает эту вероятность ниже, отнимает еще один довод в пользу его существования. Так же в свое время теория эволюции Дарвина позволила понять, как возник современный живой мир с его удивительными способностями выживать и размножаться, обходясь без идеи «позитивно настроенного создателя».

Ну а если параллельных вселенных все же не существует, что тогда скажут физики?

– Если существует одна-единственная Вселенная, – говорит Карр, – впору действительно признать наличие «настройщика». Так что либо вы имеете дело с Богом, либо с параллельными вселенными.

У Линде же наибольшее любопытство в этой связи вызывает тайна сознания. Он выдвинул даже предположение, что человеческое сознание – фундаментальный элемент Все­лен­ной, ничуть не менее важный, чем пространство и время. И размышляет, не образуют ли единое, неразрывное целое физический мир, его законы и люди, сознающие себя и наблюдающие мир и его законы. Он не исключает, что эти три компонента возникли одновременно и равно необходимы для единого и полного описания действительности.

– Если мир некому наблюдать, – говорит он, – этот мир мертв.

Однако при всей своей смелости Линде не берется ответить, ­настанет ли день, когда его теория параллельных вселенных будет восприниматься столь же очевидной, как закон всемирного тяготения Ньютона или Большой взрыв.

– Я не хотел бы предсказывать будущее, – говорит он. – Я ведь когда-то предсказал свое собственное. И считал, что оно верно на сто процентов. Я точно знал, что умру в ­больнице Академии наук в Москве, неподалеку от института, где работал. Я ­туда постоянно ходил на обследования. И вот однажды, лежа на ­больничной койке с язвой, я подумал: конечно, тут-то я и умру. Почему? Ну ­потому, что я знал, что всю жизнь проживу в России. А Москва – единственное в России место, где я могу заниматься физикой. А эта больница – единственная больница для сотрудников Академии наук. И так далее – все было вполне предсказуемо.

И вдруг я оказался в Соединенных Штатах. А сколько-то лет спустя, во время одного из своих визитов в Москву, решил навестить ту самую больницу Академии наук. Я нашел ее руины. Там дерево росло на крыше. Я посмотрел на все это и подумал: «Да что ты на самом деле можешь предсказать? Что можешь знать о будущем?» С