рейтинг блогов

Вселенная возникла из ничего

топ 100 блогов sergey_russo18.07.2021

Представляю вашему вниманию 9-ю главу из книги «Всё из ничего: Как возникла Вселенная», автором которой является известный американский астрофизик Лоуренс Краусс.

Вселенная возникла из ничего

Из ничего – нечто

Я не против чего‑то не знать. Меня это не пугает.                                            

РИЧАРД ФЕЙНМАН

Исаак Ньютон – вероятно, самй великий физик всех времен – перевернул наши представления о Вселенной в самых разных областях. Но, пожалуй, наиболее важно в его наследии то, что он показал: вся Вселенная поддается объяснению. Своим законом всемирного тяготения он впервые доказал, что законам природы подчиняются даже небеса. Непонятная, враждебная, грозная и непредсказуемая на первый взгляд Вселенная может оказаться совсем не такой непонятной.

Если Вселенной правят незыблемые законы, то мифические боги Древней Греции и Рима бессильны. Они не могут по своей воле менять мир, чтобы чинить человечеству хитроумные препятствия. И это относится не только к Зевсу, но и к ветхозаветному Богу. Разве можно остановить Солнце в небе, если оно не обращается вокруг Земли, а его движение по небу на самом деле объясняется вращением Земли? Если бы Земля внезапно остановилась, на ее поверхности возникли бы такие силы, которые уничтожили бы все творения рук человеческих, да и самих людей заодно.

Разумеется, сверхъестественные действия – это ровно то же самое, что чудеса. То есть именно то, что обходит законы природы. Бог, способный создать законы природы, предположительно должен быть способен и игнорировать их при желании. Правда, несколько настораживает тот факт, что законы очень часто обходились тысячи лет назад, до изобретения современных технических средств, которые могли бы это задокументировать, а в наши дни такого почему то не случается.

Так или иначе, даже если мы имеем дело со Вселенной, где чудес не бывает, если мы сталкиваемся с фундаментально простым фундаментальным порядком, можно сделать два различных вывода. Один сделал сам Ньютон, а до него похожих воззрений придерживались и Галилей, и множество других ученых на протяжении долгих лет: этот порядок создан Божественным разумом, благодаря которому существует не только Вселенная, но и мы, причем мы, люди, были созданы по его образу и подобию (а многие другие прекрасные и сложные существа, очевидно, нет). Другой вывод – что не существует ничего, кроме самих законов. Эти законы сами потребовали, чтобы возникла наша Вселенная, чтобы она развивалась и эволюционировала, и мы – неизбежный побочный продукт действия этих законов. Может быть, эти законы и вечны, а может быть, и они когда то возникли – в результате какого то пока не известного, но, вероятно, чисто физического процесса.

О том, который из этих сценариев верен, и по сей день спорят философы и теологи, а иногда и ученые. Мы не можем сказать наверняка, какой из них описывает нашу Вселенную, и, возможно, так этого и не узнаем. Все дело в том, как я уже говорил в начале книги, что окончательно решать этот вопрос будут не надежды, стремления, откровения или отвлеченные размышления. Если нам вообще удастся получить ответ, его даст исключительно исследование окружающего мира. Вспомним цитату из Джейкоба Броновски в самом начале книги: жизненный опыт может быть мечтой, а может быть кошмаром, причем то, что для кого то мечта, запросто может быть кошмаром для другого, но воспринимать этот опыт нужно таким, какой он есть, не закрывая на него глаза. Вселенная такова, какова она есть, вне зависимости от того, нравится нам она или нет.

Вот почему, думается мне, очень важно, что Вселенная, которая возникает из ничего, – так, как я старался это описать, – возникает естественным и даже единственно возможным образом, все больше и больше соответствует всем нашим знаниям о мире. Эти знания – результат не философских или богословских размышлений о морали, не каких то спекуляций о доле человеческой. Нет, они основаны на поразительных, увлекательных достижениях эмпирической космологии и физики элементарных частиц, и об этих достижениях мы с вами поговорили.

Вот я и подвел вас снова к вопросу, заданному в начале книги: почему на свете есть нечто, а не ничего? Теперь мы, пожалуй, лучше вооружены, чтобы подступиться к нему, ведь мы рассмотрели современную научную картину мироздания, его истории и его вероятного будущего, а кроме того, рабочие гипотезы о том, что такое на самом деле «ничто». Этот вопрос – и на это я тоже намекал в начале книги – вызван научными соображениями, как, в сущности, и все подобные философские вопросы. Мало того что он не дает никакой концепции, которая бы сделала неизбежным вывод о творце, но само значение слов, его составляющих, изменилось так сильно, что фраза утратила первоначальный смысл, – такое опять же случается довольно часто, поскольку эмпирические знания бросают луч света в темные до того уголки нашего воображения.

При этом в науке нужно быть особенно осторожными с вопросами типа «почему?». Когда мы спрашиваем: «Почему?», то обычно имеем в виду: «Как так получилось?» Если мы можем ответить на последний вопрос, то этого обычно достаточно для наших целей. Например, если мы спрашиваем: «Почему от Земли до Солнца 150 млн километров?», то на самом деле имеем в виду: «Как так получилось, что Земля удалена от Солнца на 150 млн километров?» То есть нам интересно, какие физические процессы привели к тому, что Земля оказалась в нынешнем положении.

Поэтому я бы предположил, что наш вопрос звучит на самом деле иначе: «Как так получилось, что на свете есть нечто, а не ничего» На самом деле мы можем дать определенные ответы на основе изучения природных явлений только на вопросы типа «как так получилось?», но, поскольку в такой формулировке вопрос звучит непривычно уху, надеюсь, вы меня простите, если я иногда буду уступать соблазну и прибегать к более привычной формулировке, пытаясь на самом деле ответить именно на более конкретный вопрос типа «как?».

Сейчас, при нынешнем уровне понимания, этот конкретный вопрос типа «как?» вытеснен целым рядом более перспективных с практической точки зрения вопросов вроде: «Что могло бы обеспечить свойства Вселенной, которые особенно характерны для нее в настоящий момент?», а главное, вопросом: «Как бы это выяснить?»

Придется мне снова попинать ту лошадь, которую я хотел бы видеть дохлой. Если задавать вопросы именно в такой формулировке, можно рассчитывать на обретение новых знаний и нового понимания. Это и отличает их от чисто теологических вопросов, которые обычно подразумевают предопределенный ответ. Я несколько раз предлагал разным теологам представить доказательства того, что богословие по меньшей мере за последние 500 лет, с момента зарождения науки, сделало хоть какой то вклад в знание. Пока что примера мне никто не привел. В лучшем случае мне отвечали вопросом на вопрос: «А что вы понимаете под знанием?» С позиции эпистемологии тут есть о чем подумать, однако мне кажется, что, если бы можно было найти более удачный ответ, кто нибудь обязательно привел бы его. Когда я обращался с таким же предложением к биологам, психологам, историкам или астрономам, у них не возникало подобных затруднений.

Для ответа на столь плодотворные вопросы необходимы теоретические предсказания, которые можно проверить экспериментально, чтобы более целенаправленно расширять наши практические представления о Вселенной. Отчасти по этой причине на страницах нашей книги я старался сосредоточиться именно на таких плодотворных вопросах. А вопрос о том, как нечто получается из ничего, задают особенно часто, поэтому, наверное, с ним нужно как следует разобраться.

Стараниями Ньютона у Бога сильно сузилось поле деятельности, причем это не зависит от того, приписываешь ли ты Вселенной какую то неотъемлемую рациональность. Законы Ньютона не только сурово ограничили свободу действий для любого божества, но и позволили во многом избавиться от необходимости вмешательства сверхъестественных сил. Ньютон открыл, что движение планет вокруг Солнца не требует того, чтобы их постоянно подталкивали и направляли по нужной траектории: как ни странно, для этого нужна сила, которая притягивает их к Солнцу. Значит, можно обойтись и без ангелов, которых раньше часто привлекали как раз для движения планет. То, что Ньютон освободил ангелов от этой повинности, едва ли уменьшило желание людей в них верить (по данным опросов, гораздо больше американцев верит в ангелов, чем в эволюцию), и тем не менее вполне можно сказать, что в результате научного прогресса после Ньютона Господь имеет все меньше возможностей проявлять Свою волю в Своем же, как предполагается, творении.

Эволюцию Вселенной мы можем описать от самых первых мгновений Большого взрыва и при этом обойтись только известными нам законами физики. А еще мы сумели описать вероятное будущее Вселенной. Во Вселенной, конечно, остались загадки, которые мы не понимаем, однако я исхожу из предположения, что читатели этой книги не склонны делать из Бога к каждой бочке затычку и упоминать его всякий раз, когда наши наблюдения дают парадоксальную или не совсем понятную картину. Даже теологи признают, что подобные приемы не просто подрывают величие их высшего существа, но и чреваты тем, что высшее существо будет все дальше отходить на второй план по мере появления новых данных, которые объясняют ту или иную загадку или разрешают парадокс.

В этом смысле главный вопрос дискуссии про «нечто из ничего» – это на самом деле вопрос об акте сотворения мира, и состоит он в том, может ли чисто научный подход к этой теме в принципе быть логически полным и полностью убедительным.

Оказывается, при нынешней степени понимания мироздания у вопроса «нечто из ничего» есть три разных независимых смысла. В каждом из трех случаев краткий ответ гласит: «Скорее всего, да», и каждый вариант я разберу по очереди в следующих главах и попытаюсь объяснить, почему – или, как я только что говорил, – как так вышло.

Согласно бритве Оккама, если какое то событие физически возможно, нам не требуется прибегать к более экстраординарным объяснениям, чтобы его обосновать. Очевидно, что требование существования всемогущего божества, которое каким то образом существует вне нашей Вселенной (или мультивселенной) и при этом управляет всем, что в ней происходит, – это и есть экстраординарное объяснение. Следовательно, обращаться к нему следует в последнюю, а не в первую очередь.

В предисловии к этой книге я уже упоминал, что недостаточно просто определить «ничто» как «несуществование», чтобы заявить, что физика – как и наука в целом – не может ответить на этот вопрос. Приведу дополнительный, более конкретный довод. Рассмотрим пару «электрон – позитрон», которая спонтанно возникла из пустого пространства поблизости от ядра какого то атома и в течение того краткого времени, пока она существует, влияет на свойства этого атома. Можно ли сказать, что электрон и позитрон в каком то смысле существовали и до этого? Разумеется, при любом сколько нибудь осмысленном определении они не существовали. Их существование было потенциально возможно, что да, то да, но это не определяет существование частиц пары в большей степени, чем потенциальное существование человеческого существа на том лишь основании, что у меня имеются сперматозоиды, а поблизости находится женщина, у которой сейчас овуляция, и мы с ней в принципе могли бы вступить в сексуальные отношения. По моему, лучший ответ на вопрос, каково это, когда ты умер (то есть не существуешь), – это предложение представить себе, каково тебе было, когда тебя еще не зачали. Так или иначе если бы потенциальная возможность существования была бы тождественна существованию, то вопрос о мастурбации обсуждался бы в наши дни так же горячо, как легализация абортов.

В рамках проекта Origins в Университете штата Аризона, которым я руковожу, не так давно прошел семинар о происхождении жизни, и я не удержусь от соблазна поместить наши космологические рассуждения в этот более широкий контекст. Мы пока не до конца понимаем, как появилась жизнь на Земле. Однако мы не только выяснили, какие именно химические механизмы могли бы к этому привести, но и с каждым днем все ближе и ближе подходим к тому, чтобы понять, какие конкретно пути привели к естественному возникновению биомолекул, в том числе РНК. Более того, дарвиновская эволюция на основе естественного отбора дает убедительную и точную картину возникновения сложных форм жизни на нашей планете после того, как тот или иной специфический химический процесс привел к возникновению первых самовоспроизводящихся клеток с обменом веществ, позволяющим получать энергию из окружающей среды. (Это лучшее определение жизни, которое я могу дать сейчас.)

Едва Дарвин – пусть и неохотно – отказался от необходимости Божественного вмешательства в эволюцию современного мира, в котором так много самой разной жизни (хотя и оставил место гипотезе, что именно Господь вдохнул жизнь в первые живые существа), наше нынешнее понимание Вселенной, ее прошлого и будущего делает более вероятным, что «нечто», скорее всего, возникло из ничего исключительно по физическим причинам, без всякого наущения свыше. Однако трудности, связанные с техникой наблюдений, и соответствующие теоретические сложности не позволяют выяснить все подробности, и я думаю, что нам придется удовлетвориться этим самым «скорее всего». Но даже само это «скорее всего», с моей точки зрения, огромный шаг вперед, поскольку у нас хватает отваги вести осмысленную жизнь во Вселенной, которая, весьма вероятно, возникла и, возможно, исчезнет безо всякой цели – и уж точно не ради нас как венца творения и центра мироздания.

Теперь вернемся к одному из самых примечательных качеств нашей Вселенной: насколько мы в состоянии измерить, она очень близка к плоской. Напомню, что уникальная черта плоской Вселенной, по крайней мере на масштабах, где в ней преобладает вещество в виде галактик и где действует Ньютоново приближение, состоит в том, что в плоской, и только в плоской Вселенной средняя Ньютонова гравитационная энергия любого объекта, участвующего в расширении, в точности равна нулю.

Я подчеркиваю, что это – фальсифицируемый постулат: все не обязано быть именно так. Ничто не требует подобной картины, кроме теоретических рассуждений о том, какой должна быть Вселенная, возникшая естественным образом из ничего – или, по крайней мере, почти из ничего.

Невозможно преувеличить важность того, что, как только при рассуждениях о мироздании мы начинаем учитывать гравитацию, мы уже не можем произвольно определить полную энергию системы и игнорировать то обстоятельство, что у этой энергии есть и положительная, и отрицательная составляющие. Нельзя произвольно определять полную гравитационную энергию объектов, которые увлекает за собой расширение Вселенной, как нельзя и произвольно определять геометрическую кривизну Вселенной. Согласно ОТО, это свойство пространства как такового, и определяется оно количеством энергии, которая содержится в пространстве.

Я говорю это, поскольку утверждалось, что заявление о равенстве нулю полной Ньютоновой гравитационной энергии каждой галактики в плоской расширяющейся Вселенной произвольно, что сгодилось бы любое другое значение, но ученые «определяют» нулевую точку, чтобы иметь аргумент против Бога. Именно так говорил, например, Динеш Д’Суза в дебатах о существовании Бога с Кристофером Хитченсом. Ничто не может быть дальше от правды. Работа по определению кривизны Вселенной – результат полувековых трудов ученых, которые посвятили жизнь изучению подлинной природы Вселенной, а не навязывали ей свои прихоти. В течение 1980 х и даже в начале 1990 х гг., уже через весьма значительное время после того, как были выдвинуты первые доводы, почему Вселенная должна быть плоской, мои коллеги наблюдатели были склонны считать, что это не так. Ведь в науке оказывает самое сильное влияние (и часто удостаивается самых крупных заголовков) не тот, кто плывет по течению, а тот, кто выгребает против него.

Так или иначе последнее слово осталось за данными, и оно уже произнесено. Наблюдаемая Вселенная предельно близка к плоской – близка настолько, насколько мы можем измерить. Ньютонова гравитационная энергия галактик, движущихся вместе с хаббловским расширением, равна нулю независимо от наших пожеланий.

Теперь я хочу рассказать, почему если наша Вселенная возникла из ничего, то следует ожидать как раз того, что она будет плоской и с нулевой полной Ньютоновой гравитационной энергией каждого объекта. Это объяснение не совсем очевидно, и мне не вполне удалось донести его до слушателей моих популярных лекций, поэтому я рад, что у меня наконец то появилось достаточно места, чтобы разложить все по полочкам.

Для начала надо четко понимать, какое именно «ничто» мы будем обсуждать. Это самая простая версия «ничего», то есть пустое пространство. Для начала предположим, что существует пространство, в котором нет ничего, а еще существуют законы физики. Опять же я отдаю себе отчет, что если взять определение «ничего» в обновленном и пересмотренном виде, – а такие определения предлагают те, кто хочет постоянно придавать словам новый смысл, так, чтобы никакое научное определение не было практически применимо, – то эта версия «ничего» не будет соответствовать нашим ожиданиям. Однако подозреваю, что пустое пространство, в котором ничего нет, – это, пожалуй, хорошее приближение к «ничему» в понимании Платона и Фомы Аквинского, когда они задумывались о том, почему на свете есть нечто, а не ничего.

Как мы убедились в главе 6, Алан Гут объяснил в деталях, как именно можно получить нечто из подобного рода «ничего» – тот самый бесплатный обед по высшему разряду. Пустому пространству можно приписать ненулевую энергию даже в отсутствие вещества и излучения. ОТО говорит, что пространство будет экспоненциально расширяться, так что даже те области, которые поначалу были очень очень малы, быстро достигают размера, в который свободно поместится вся Вселенная, которую мы сегодня видим.

В той же главе я рассказал, что при таком стремительном расширении область, в которую в конечном итоге войдет вся наша Вселенная, будет становиться все более и более плоской, хотя энергия, содержащаяся в пустом пространстве, при росте Вселенной тоже растет. Это явление можно объяснить без каких либо подтасовок или вмешательства свыше. Это возможно, потому что гравитационное «давление», связанное с подобной энергией пустого пространства, на самом деле отрицательно. Отрицательное давление предполагает, что, когда пространство расширяется, расширение накачивает его энергией, а не наоборот.

Эта картина подразумевает, что, когда инфляция прекращается, энергия, заключенная в пустом пространстве, превращается в энергию реальных частиц и излучения, что, в сущности, и создает прослеживаемую историю расширения Вселенной, начавшегося с Большого взрыва. Я говорю о возможности проследить историю расширения, поскольку при инфляции, в сущности, стирается вся память о состоянии Вселенной до его начала. Все сложности и нерегулярности на первоначально больших масштабах (если существовавшая до того Вселенная или метавселенная была большой и даже бесконечно большой) сгладились и/или ушли так далеко за наш сегодняшний горизонт, что после достаточно продолжительного инфляционного расширения мы будем всегда наблюдать практически однородную Вселенную.

Я называю ее практически однородной, поскольку в той же главе 6 рассказал, что квантовая механика всегда оставляет локальные мелкие флуктуации плотности, которые при инфляции «замораживаются». Это приводит ко второму поразительному последствию инфляции: эти мелкие флуктуации плотности в пустом пространстве, возникшие согласно законам квантовой механики, впоследствии отвечают за все структуры, которые мы сегодня наблюдаем во Вселенной. Так что и мы сами, и все, что мы видим, есть результат квантовых флуктуаций в том, что, в сущности, представляло собой ничто в самом начале времен, а именно во время инфляционного расширения.

В сухом остатке общая конфигурация вещества и излучения будет именно такой, какая характерна для плоской Вселенной, то есть такой, в которой средняя Ньютонова гравитационная энергия всех объектов равна нулю. Так будет почти всегда, если только не подстроить очень тонко количество инфляции.

Поэтому вполне может быть, что наша наблюдаемая Вселенная начиналась как ничтожно малая область пространства, в сущности, пустая, и все равно впоследствии она разрослась до исполинских размеров и содержит вдоволь вещества и излучения. Все это не стоило ни капли энергии, но вещества и энергии хватило для построения всего, что мы сегодня наблюдаем!

В этом кратком резюме инфляционной динамики, которая подробно обсуждалась в главе 6, стоит обратить внимание, что нечто может возникнуть в пустом пространстве именно потому, что энергетика пустого пространства в присутствии гравитации совсем не такая, как мы могли бы предполагать, руководствуясь здравым смыслом, пока не открыли основополагающие законы природы.

Но никто никогда не говорил, что Вселенная руководствуется тем же, что когда то казалось разумным нам, близоруко глядящим на нее из нашего уголка пространства и времени. Конечно, априори кажется разумным вообразить, что вещество не может возникать спонтанно из пустого пространства, то есть что нечто не может возникнуть из ничего. Но когда мы принимаем в расчет динамику гравитации и квантовую механику, то обнаруживаем, что точка зрения здравого смысла уже не верна. В этом и состоит красота науки, и бояться этого не следует. Просто наука заставляет нас пересмотреть то, что кажется разумным и очевидным, чтобы привести свои взгляды в соответствие с устройством Вселенной, а не наоборот.

Подведу итог. Тот факт, что сегодня Вселенная плоская и что местная Ньютонова гравитационная энергия в ней в среднем равна нулю, – сильный довод в пользу того, что наша Вселенная возникла в результате процесса, подобного инфляции, процесса, посредством которого энергия пустого пространства (ничего) преобразуется в энергию чего то, и в то время, за которое Вселенная становится все ближе и ближе к плоской на всех наблюдаемых масштабах.

Хотя инфляция показывает, как пустое пространство, наделенное энергией, вполне может создать все, что мы видим, вместе с неимоверно огромной и плоской Вселенной, было бы лицемерным заявлять, что пустое пространство, наделенное энергией, которая движет инфляцией, – это ничто. Такая картина заставляет допустить, что пространство существует и способно запасать энергию, а затем, опираясь на законы физики, например на ОТО, рассчитать, что из этого следует. Так что, если бы мы на этом и остановились, читатель имел бы полное право заявить, что современная наука еще очень далека от подлинного ответа на вопрос, как получить нечто из ничего. Однако это лишь первый шаг. Мы будем все лучше понимать происходящее и на следующем этапе увидим, что инфляция лишь верхушка вселенского айсберга из ничего.

Оставить комментарий

Архив записей в блогах:
Эту фотографию я сделала в Швейцарии 15 июля. Мы ехали через перевал из Монтрё в Лугано. Было очень жарко, но когда поднялись в горы и я увидела снег - не смогла остаться равнодушной и побежала фотографироваться в сугробы. В Швейцарии вообще мало кто остается равнодушным к этой маленько ...
Читаю познавательную лекцию о достижениях северокорейского коммунизмаСеверная ...
В Прибалтике развертываются новые базы НАТО, комплектующиеся войсковыми подразделениями для сухопутных наступательных операций. В порты сразу двух прибалтийских государств прибыли военные грузы, а именно - американское бронетанковое соединение Ironhorse. Качественное наполнение трюмо ...
Я бы с ним за яйцами не пошёл. Тебя только за яйцами посылать! А если бы он ходил за яйцами?         И так далее. Желающие могут продолжить процесс вливания нового вина в старые мехи, а я пока вернусь к злободневной теме, пришедшей на смену гречке ...
29 июля —Международный день тигра, но на тот момент ко мне еще не успела прилететь открытка с особой тигриной маркой. И вот сегодня получила ее наконец. Что же в ней особого, в этой марке, кроме красивого тигра? Это марка с дополненной реальностью. Если посомтреть на нее с помощью ...