Космический ландшафт. Теория струн и иллюзия разумного замысла Вселенной

Художники Л. Егорова, В. Шимкевич

© Little, Brown and Company

© Перевод на русский язык, издание на русском языке. ООО Издательство «Питер», 2015

Предисловие

Мне всегда доставляло удовольствие объяснять физические проблемы. На самом деле это больше, чем просто удовольствие, для меня это потребность – объяснять физические проблемы. Я очень много времени трачу на, казалось бы, странное занятие, на маниловщину – на объяснение некоей воображаемой восхищённой аудитории сложных научных идей. Возможно, я выгляжу при этом глупо, но для меня это стало привычкой, и даже больше, чем просто привычкой: это стало неотъемлемой частью моей умственной деятельности, неким ментальным инструментом организации моих идей и даже – средством создания новых способов размышления над проблемами. Поэтому вполне естественно, что в определённый момент я решил попробовать написать популярную книгу. Более того, пару лет назад я уже начал писать книгу – про двадцатилетнюю дискуссию между мной и Стивеном Хокингом о судьбе информации, упавшей в чёрную дыру…

Но почти в то же самое время я обнаружил, что нахожусь в центре гигантского научного тайфуна. Бушующие в нём споры касались не только происхождения Вселенной, но и законов, управляющих ею. Свою статью «Антропный ландшафт теории струн» (The Anthropic Landscape of String Theory) я посвятил новой формирующейся концепции, которую назвал «Ландшафт». Статья наделала много шума в сообществе физиков и космологов, которое в настоящее время включает не только учёных, но и философов и даже богословов. Концепция ландшафта – это идея, ломающая установленные рамки и не только затрагивающая смену парадигмы в физике и космологии, но и ставящая глубокие культурные вопросы ландшафта нашей социальной и политической жизни, такие как: «Может ли наука объяснить тот экстраординарный факт, что Вселенная, кажущаяся настолько странно и неэффективно устроенной, в то же время настолько хорошо приспособлена для нашего существования в ней?» Поэтому я решил переставить кастрюлю с чёрной дырой на дальнюю конфорку и заняться популярной книгой об этой удивительной истории. Так родился «Космический ландшафт».

Читатели этой книги, возможно, обратили внимание, что последние несколько лет научные колонки СМИ пестрят сообщениями о том, что космологи озадачены двумя удивительными «тёмными» открытиями. Первое открытие заключается в том, что 90 % вещества во Вселенной состоит из некоей таинственной скрытой субстанции, называемой тёмной материей. Второе открытие утверждает, что 70 % энергии во Вселенной – это некая призрачная и таинственная вещь, называемая тёмной энергией. Эпитеты «тайна», «таинственный» и «удивительный» повторяются в этих статьях с завидной регулярностью.

Должен признаться, что не считаю достойным исследования всё, что выглядит таинственно. Для меня слово «тайна» относится к тем вещам, которые не поддаются рациональному объяснению. Открытие тёмной материи и тёмной энергии стало сюрпризом, но никак не откровением. Физики, занимающиеся элементарными частицами (и я один из них), всегда понимали, что их теории неполны и что многие частицы до сих пор остаются неоткрытыми. Традиция постулировать существование новых труднообнаружимых частиц началась с Вольфганга Паули, который правильно угадал, что одна из форм радиоактивности связана с почти неуловимой частицей, называемой нейтрино. Тёмная материя, правда, не состоит из нейтрино, но в последнее время физики напостулировали множество частиц, достойных претендовать на роль тёмной материи. В этом нет никакой тайны – только трудности выявления и обнаружения подобных частиц.

Тёмная энергия имеет больше оснований претендовать на загадочность, но основной вопрос заключается не в том, что делать с её присутствием, а в том, как объяснить её отсутствие. Физики уже больше 75 лет уверены, что существуют все основания считать пространство наполненным тёмной энергией. Таинственность здесь заключается не в самом существовании тёмной энергии, а в том, почему её так мало. Ясно лишь одно: будь тёмной энергии хотя бы немножко больше, это самым фатальным образом сказалось бы на нашем собственном существовании.

Настоящая же загадка, поднятая современной космологией, касается замалчивания присутствия «слона в комнате». Я могу добавить, что этот «слон» является полным конфузом для физиков: с какой стати вдруг Вселенная представляется нам будто бы нарочно спроектированной так, чтобы в ней могли существовать формы жизни типа нас с вами?

Этот вопрос озадачил учёных и в то же время воодушевил сторонников ложного комфорта креационистского мифа. Ситуация во многом напоминала положение в додарвиновской биологии, когда мыслители не могли понять, как без направляющей естественные физические и химические процессы божественной руки возможно возникновение чего-либо столь сложного, как человеческий глаз. Как и глаз, отдельные физические параметры Вселенной так удивительно тонко настроены и согласованы, что этот факт требует объяснений.

Позвольте мне выйти перед строем и прямо заявить о моих собственных предубеждениях. Я категорически настаиваю, что настоящая наука требует объяснений, не апеллирующих к сверхъестественным сущностям. Я считаю, что развитие глаза определяется дарвиновскими механизмами. Кроме того, я уверен, что физики и космологи также должны найти естественное объяснение свойств нашего мира, в том числе удивительно счастливого несчастного случая, благодаря которому стало возможным наше собственное существование. Я уверен, что когда люди подставляют магию в рациональные объяснения, они не делают науки, независимо от того, насколько громко они заявляют обратное.

В прошлом большинство физиков (включая меня) предпочитали игнорировать «слона» – даже ради того, чтобы отрицать его существование. Удобнее было считать, что законы природы следуют из нескольких элегантных математических принципов и что наблюдаемое устройство Вселенной является следствием счастливого стечения обстоятельств. Но последние открытия в области астрономии, космологии, и прежде всего теории струн – не оставили физикам-теоретикам иного выбора, кроме как серьёзно задуматься о таких вещах. Удивительно, но мы наконец-то начинаем понимать причины этого калейдоскопа совпадений. Факты, собранные для объяснения «иллюзии разумного замысла», свидетельствуют о зависимости устройства Вселенной только от физических и математических принципов и закона больших чисел. Вот, собственно, о чём мой «Космический ландшафт»: это научное объяснение наблюдаемых физических и космологических чудес и анализ философских последствий такого объяснения.

Кто же является целевой аудиторией этой книги? Ответ: все, у кого есть живой интерес к науке и желание проникнуть в тайну возникновения и устройства этого мира. Но хотя книга и адресована неспециалистам, она не для тех, кто ищет в науке «царских путей» и не привык напрягать свои мозги. Я постарался освободить книгу от уравнений и научного жаргона, но не от сложных концепций. Я избегал математических формул, но, с другой стороны, стремился дать точные и ясные объяснения принципов и механизмов, лежащих в основе новой формирующейся парадигмы. Понимание этой новой парадигмы будет иметь решающее значение для каждого, кто следит за дальнейшим поиском ответов на «большие вопросы».

Я благодарен многим людям, которые не всегда догадывались, что помогали мне писать эту книгу. Большинство из них – физики и космологи, чьи идеи я позаимствовал: Стивен Вайнберг, Герард ‘т Хоофт, Мартин Рис, Джозеф Полчински, Рафаэль Буссо, Алан Гут, Александр Виленкин, Шамит Качру, Рената Каллош, но прежде всего Андрей Линде, который щедро делился со мной своими идеями на протяжении многих лет.

Эта книга никогда не была бы написана без поддержки моего агента Джона Брокмана и моего друга Малкольма Гриффита, читавшего и критиковавшего первые беспорядочные черновики. Он научил меня «жонглировать более чем тремя мячами» (этой идиомой Малкольм характеризовал те сложности, которые возникают при написании последовательной книги). Я в долгу перед моим редактором, а теперь и другом Лиз Нейгл из Little Brown и признателен за её выдающийся вклад в написание книги. Её заботливое руководство было бесценным.

И наконец, сверх всякой меры я благодарен моей жене Анне за её любовь, постоянную поддержку и помощь.