Мир, о котором рассказал Хокинг

Стивен Хокинг, почти 40 лет прикованный к инвалидной коляске, тем не менее умудрился испытать даже чувство невесомости в 2007 году.
Фото Reuters

Стивен Хокинг, знаменитый физик, занимавший 30 лет до сентября прошлого года должность (точнее было бы сказать – титул) лукасианского профессора Кембриджского университета, должность, которую занимал когда-то не кто-нибудь, а сам Исаак Ньютон, в соавторстве с Леонардом Млодиновым написал новую книгу под названием «Великий замысел» (Grand Design). Книга великолепная, как, собственно, и все книги Хокинга, но наделала она куда больше шума, чем все остальные, потому что касается она очень чувствительных вопросов – вопросов религии. Хокинг не говорит, что Бога нет, но там присутствует утверждение, куда более оскорбительное для Бога, – там утверждается, что для создания нашего мира Он вообще был не нужен.

Это не просто физика

Всегда казалось аксиомой – наука не в состоянии ни доказать, ни подтвердить существование Бога или, если говорить более общо, существования некоего разумного плана при создании нашей Вселенной. Теперь это уже не аксиома, ученые начали потихоньку подбираться и к высшему существу. Можно себе представить, какими энцикликами разразится Ватикан, который при последних папах стал просто на удивление либерален и толерантен, когда разберется, на что там замахиваются ученые.

Новая книга Хокинга, как и все его прежние книги из этого цикла, имеет чисто популяризаторский, даже подчеркнуто популяризаторский характер. Правда, акцент в ней отнюдь не поучительный типа «Физика? Это очень просто!», нет, это рассказ человека, которому не терпится поделиться с людьми той удивительной информацией, которая ему досталась. Возможно, Хокинг вслед за Эйнштейном считает, что любое физическое явление, каким бы сложным оно ни было, можно объяснить шестилетнему ребенку. Возможно, он забирается дальше в глубь веков и с викторианской наивностью Джеймса Клерка Максвелла собирается говорить с людьми не на том загадочном языке, который придумали ученые для общения между собой, а как-нибудь попроще, на языке, доступном для понимания каждому. Во всяком случае, он неуклонно следует этому правилу.

В книге «Великий замысел» Хокинг задается вечными вопросами физики. Когда и как началась Вселенная? Почему появилось что-то, когда не было ничего? И требует ли создание Вселенной наличия Создателя?

Если перевести все эти вопросы на русский язык, то вопрос-то у него старый – есть ли в мире Теория всего, то есть теория, которая может объяснить все происходящее в этом мире? Вопрос сугубо философский, и сводится он к тому, что если есть такая теория, то изначальные формулы, изначальные уравнения, ею управляющие, – откуда они? Кто их установил? Бог? Или они, эти уравнения, есть следствие другой, еще более общей теории? И тогда как быть с ее изначальными уравнениями? Существует, в конце концов, теорема Геделя, которую мало кто понимает, но о которой очень многие говорят и которая вроде бы запрещает существование Теории всего.

Стандартные струны

На самом деле, говоря о Теории всего, физики ни на что такое высокое поначалу и не претендовали – весь прошлый век они пытались всего лишь объединить все известные взаимодействия, подобно тому, как Максвелл объединил в своих уравнениях электричество и магнетизм. Эйнштейн попытался присоединить к ним гравитацию и, хотя некоторые ученые до сих пор скептически относятся к этой попытке, похоже, что в основном ему это удалось.

Правда, впоследствии появилась целая куча самых разных элементарных частиц, для которых потребовался свой Менделеев, а может быть, даже и не один. Да еще вдобавок оказалось, что в дополнение к магнетизму и гравитации есть еще две силы, которые царствуют в микромире – сильное взаимодействие (им пользуются такие частицы, как нейтрон и протон) и слабое (это сфера влияния электронов, других так называемых фермионов и кварков).

Поэтому в конце 60-х появилась теория Вайнберга–Салама, которая объяснила, что слабое взаимодействие – это то же самое, что электромагнетизм, только увиденный с другой стороны. Теория была так великолепна, что ее, даже не проверив экспериментально, тут же назвали Стандартной моделью, то есть признали ее непререкаемой истиной в самой что ни на есть последней инстанции.

Потом появилась теория струн, присоединившая к электрослабому взаимодействию еще и сильное. Надо сказать, это довольно странная теория, согласно которой элементарные частицы представляют собой не точки, а двумерные линии, струны. Причем требовалось для этой теории, чтобы пространственных измерений в нашем мире было не три, а девять. С этим, правда, быстро разобрались, договорившись, что невидимые нами шесть измерений в момент Большого взрыва свернулись в клубочки очень маленького, почти планковского размера (фундаментальная постоянная – так называемая планковская длина: 1,6 х 10–35 м), а потому в макромире о них нечего даже и рассуждать. От того, как эти струны дрожат, зависит то, как выглядит в нашем трехмерном мире та или иная частица – кварком, или фотоном, или еще чем-нибудь, хотя на самом деле все это одни и те же струны, только дрожат они по-разному, вот и все.

Вселенная – полный ноль!

С теорией струн тоже не все ладилось. Физики набросились на нее как сумасшедшие и нагородили аж пять штук струнных теорий, причем каждая остальным резко противоречила. И тогда на свет появилась М-теория, теория мембран, хотя на самом деле сейчас уже никто и не помнит, откуда здесь буква «М».

Эта теория всех помирила. Квинтет струнных теорий она заменила одной, объединяющей их теорией. Она объединила все известные на сегодня взаимодействия, включая гравитацию. Она избавила формулы от дурных бесконечностей, которые так мучили теоретиков в ранних вариантах теории квантовой гравитации. Она, правда, не предоставила физикам практически никаких проверяемых предсказаний, которые могли бы подтвердить ее правильность, кроме разве что черных микродыр, которые могут родиться в Большом адронном коллайдере (LHC), но избавила этих физиков от такой кучи проблем и оказалась настолько хороша, что Хокинг считает ее кандидатом номер один, причем единственным кандидатом, на титул Теории всего.

Для этого понадобилось только одно – ввести дополнительное пространственное измерение и тут же, во избежание лишних вопросов, сделать его невидимым, свернув в узенькую спиральку. В этой теории частица – уже не струна, а мембрана. Наша Вселенная в ней – не единственная, а одна из множества параллельных вселенных, общее число которых оценивается десяткой, помноженной на себя пятьсот раз. Правда, в подавляющем числе этих вселенных жизни быть не может по определению – одни слишком юны для такой роскоши, другие определяются физическими константами, несовместимыми с жизнью.

А вот самое главное, то, пожалуй, что и побудило Хокинга написать книгу «Великий замысел». М-теория объединила гравитацию и квантовую механику. Гравитация в ней несет в себе отрицательную энергию, тогда как масса звезд – положительную. Если посчитать суммарную массу всех звезд, черных дыр и так далее, а потом сложить их суммарную кинетическую энергию с гравитационной, то в результате получим ноль. Ноль! Если энергия Вселенной равна нулю, говорит Хокинг, то она вполне может спонтанно зародиться из ничего в результате какой-нибудь квантовой флуктуации. Поэтому нет необходимости в Боге, то есть в какой-то надмирной силе, чтобы он своим касанием запустил Вселенную, с этим М-теория прекрасно справится и без него.

Мир, который построил... Кто?

И смотрите, как интересно получается. Классическая динамика ассоциируется у нас с именем Ньютона. Релятивистская – с именем Эйнштейна. С квантовой механикой чуть сложнее, ее зубодробительная математика осенена целым сонмом имен, но все это великие имена – Планк, Бор, Шредингер, Гейзенберг, Де Бройль и т.д.

Стандартная модель вышла из работ Стивена Вайнберга и Абдуса Салама, но создана она целой когортой теоретиков, имена которых широкой публике неизвестны. Что же до теории струн, то здесь нет вообще никаких имен. То есть имена время от времени появляются – мол, вот, такой-то такой-то, один из инициаторов теории струн, но они ничего неподготовленному читателю не говорят. Что же до М-теории, то о ней неизвестно даже то, почему она так называется. Физика становится все более и более анонимной.

Стивен Хокинг, которым восхищались за его яркий ум еще во времена его студенчества и которым восхищаются до сих пор, без всякого сомнения, теоретик высшего ранга, человек, занимавший до недавнего времени в Кембридже кресло, которое когда-то занимал сам Ньютон, на самом деле не сделал ничего такого великого. Нет, работ-то у него много, есть вклад в теорию струн, в М-теорию, хотя больше всего он известен тем, что доказал – черные дыры светятся. Но если мы говорим: «Вот мир, который построил Ньютон» или «Вот мир, который построил Эйнштейн», то мы не можем указать пальцем на мир, который построил Хокинг. Есть только мир, о котором он рассказал.

Иными словами, происходит что-то непонятное. И возможно, что объяснение этому непонятному лежит в инструментальных возможностях человечества. Именно в тот момент, когда физика начала склоняться к анонимности, в ней стали появляться проблемы с реализацией одного из основных научных принципов, согласно которому теория становится общепризнанным научным фактом только после того, как ее проверят экспериментом.

Проблемы начались еще со Стандартной моделью – ее, как уже сказано раньше, назвали таковой, чтобы подчеркнуть ее общепринятость, не дожидаясь экспериментального подтверждения. Со следующими теориями ситуация обстоит еще хуже. Есть, например, подозрения, что проверить правильность наших представлений о гравитации нам попросту никогда не удастся. Несколько лет назад, незадолго до первого, неудачного, пуска Большого адронного коллайдера, академик Борис Иоффе вообще заявил о возможном грядущем конце физики.

«На сегодняшних ускорителях, – сказал он тогда корреспонденту «НГ», – мы, если говорить в терминах расстояния, работаем на уровне примерно 10-17 метра. Гравитация же начинает проявлять себя при расстояниях 10-33 метра. Для того чтобы до нее добраться и, таким образом, сшить эти два «куска» – Стандартную модель и гравитацию, – нужно строить ускорители, которые мощнее сегодняшних на пятнадцать порядков, что, сами понимаете, невозможно. Даже если найдется человек с тысячью Эйнштейнов в голове и придумает теорию, объединяющую и гравитацию, и все остальное, и его теория будет настолько убедительна, что все поверят в нее, то все равно эту теорию нельзя будет проверить экспериментально. Как устроен мир на самом деле, человечество никогда не узнает».