Какие из современных физических теорий могут соперничать с гипотезой Большого Взрыва

Идея скрытой космической алгебры расширяет диапазон возможных объяснений существования мира. Иллюстрация Pixabay

«Законы физики, как мы понимаем их сегодня, допускают, что наша Вселенная образовалась из ничего – не было ни времени, ни пространства, ни частиц, ничего, о чем бы мы знали».                    Лоренс Краусс

Если никакая окончательная теория не сможет объяснить тайну бытия, то, как написал нобелевский лауреат, физик Стивен Вайнберг, хотя бы попытка познать Вселенную станет для нас «одной из очень немногих вещей, которые приподнимают человеческую жизнь над уровнем фарса и придают ей черты высокой трагедии». И все‑таки, откуда взялась Вселенная? Что было до Большого Взрыва? Было ли Ничто? Почему и куда оно исчезло? Идея, будто все это возникло из Ничего, противоречит логике и здравому смыслу.

Голый факт, висящий в воздухе

В философии существует два вида истины: логическая и эмпирическая. Эмпирическая истина определяется данными, полученными от органов чувств и в результате эксперимента. Именно такими истинами занимается наука. Логическая же истина, напротив, определяется только значениями слов и понятий, и закон, выражаемый такой истиной, например «среди людей есть как самый высокий, так и самый низкий человек», – является всего лишь лингвистическим законом.

Пытаясь ответить на вопрос, почему существует Вселенная, наука сталкивается с логической проблемой: если космос заключает в себе все, что физически существует, тогда научное объяснение должно включать какую‑то физическую причину, однако любая физическая причина по определению является частью той Вселенной, которую и требуется понять. Таким образом, любое научное объяснение существования Вселенной замыкается в порочный круг. Наука может проследить путь развития Вселенной вплоть до сингулярности Большого Взрыва и инфлюирующего вакуума – но в конце концов заходит в тупик. Она не в состоянии объяснить происхождение первоначального физического состояния из Ничего.

Когда ученый слышит подобную аргументацию, он обычно пожимает плечами и говорит, что Вселенная попросту существует, и баста. Представитель логического позитивизма Альфред Айер перефразировал вопрос, спрашивая, какое событие предшествовало всем событиям? И отвечал на него: «Ни одно конкретное событие не может предшествовать всем событиям, поскольку оно входит в класс всех событий и не может им предшествовать». Большинство современных философов и ученых, включая Стивена Хокинга, встают на сторону Альфреда Айера.

Вопрос о причине существования мира лежит за пределами возможностей науки, ведь научное объяснение может лишь обосновать какую‑то область пространства и времени на основе других областей и никогда не сможет охватить целиком всю реальность. Вопрос «Почему существует Нечто, а не Ничто?» скорее относится к логическим истинам, нежели к научным. Поэтому и само существование мира может быть лишь голым фактом, как бы висящим в воздухе.

Вселенная математиков

Если мы отставим в сторону гипотезу Бога, то какие варианты ответа на загадку существования мира нам остаются? Британский физик‑теоретик Стивен Хокинг разрабатывал теоретическую модель, согласно которой Вселенная, хоть и ограничена во времени, полностью содержится внутри себя самой, не имея ни начала, ни конца. Такой модели не нужен Творец – ни божественный, ни какой‑либо еще. Интуитивно мы не можем этого понять, ведь у всего, что существует, должна быть какая‑то причина и ничего не может быть причиной самому себе.

Означает ли это, что в попытках объяснения мы обречены выбирать между Богом и слепым случаем? Есть еще один подозреваемый – чистая математика. Не только космологи, но и математики размышляют о бесконечностях, кристаллических когомологиях и множествах Мандельброта, которые не существуют в нашем пространстве‑времени – то есть они нематериальны. Однако и к области сознания они тоже не относятся, ибо, ограниченный нейронной структурой мозга, ум математика никак не может вместить бесконечный ряд чисел или представить идеальные геометрические формы.

Так в каком смысле математические понятия существуют? Ответ зависит от того, что мы понимаем под словом «существование». Древнегреческий философ Платон (а с ним заодно и современный физик Роджер Пенроуз) ответил бы, что математические понятия существуют в реальности. Более того, он считал, что если математические объекты неизменны и не подвержены течению времени, то значит, более реальны, чем объекты, доступные нашему непосредственному восприятию. С точки зрения Платона, подобные математические формы и составляют истинную реальность, а все остальное – всего лишь отбрасываемая ею тень.

Разумеется, абстрактные идеи не могут использоваться в объяснении обычных причинно‑следственных связей: нельзя сказать, что число пи привело к Большому Взрыву. Однако в случае объяснения существования мира в целом стоит ли автоматически отвергать конечную причину, выраженную абстрактно и математически?

В современной науке есть одно недоказанное допущение, будто любое объяснение всегда должно включать физические объекты. Согласно этому допущению, для объяснения определенного факта (например, факта существования мира в целом) нужно прибегнуть к другим фактам физической реальности. Но что, если причину существования мира в целом следует искать в области таких не‑фактов и не‑объектов, как логические законы, математические понятия или принцип неопределенности из квантовой физики?

Идея скрытой космической алгебры расширяет диапазон возможных объяснений существования мира. Возможно, нам все‑таки не придется выбирать между Богом и Случаем. Возможно, существует некое нерелигиозное и даже ненаучное объяснение существования мира, и мы его можем обнаружить, используя не факты физической реальности, а исключительно ум.

Вселенная начинающего физика

Откуда все‑таки взялась наша Вселенная? Не указывает ли факт ее существования на действия некой высшей созидательной и интеллектуальной силы? Идея о сотворении космоса неким разумным существом может показаться примитивной, а то и просто идиотской. Теория американского физика русского происхождения Андрея Линде, которая соперничает с теорией Большого Взрыва, заявляет, что создать Вселенную не так уж трудно: это не потребует ни ресурсов космического масштаба, ни участия сверхъестественных сил. Возможно, что цивилизация, ушедшая в развитии дальше нашей, способна создать Вселенную в лаборатории (этого среди прочих боялись противники запуска Большого адронного коллайдера в Церне).

Андрей Линде утверждает, что достаточно всего 100-тысячной части грамма материи (100-миллионная доля килограмма), чтобы дать начало такой Вселенной, как наша. Этого хватит, чтобы создать маленький кусочек вакуума, который взорвется в миллиарды галактик, наблюдаемых сейчас. Именно так работает его модель: вся материя Вселенной возникает из отрицательной энергии гравитационного поля, а это поле разбрасывает ее дальше по пустому пространству, будто краску из пульверизатора. Такая теория способна объяснить, почему мир, в котором мы живем, так далек от совершенства. Нашу Вселенную сотворил не всесильный Бог, а начинающий физик!

Прежде чем углубиться в загадку существования, было бы справедливо отдать должное пустоте. Как писал немецкий философ Макс Шелер, «тот, кто не заглянул в бездну абсолютного Ничто, совершенно неспособен почувствовать невероятную радость осознавания, что существует Нечто, а не Ничто». А что, если Ничто тоже существует?

Мартин Хайдеггер переформулировал вопрос «Почему существует Нечто, а не Ничто?» в вопрос «Почему существует мир, а не единственно я?». Странно, что вроде бы вечный вопрос «Почему существует Нечто, а не Ничто?» долгое время на протяжении истории человечества никто не задавал в такой форме.

Альберт Эйнштейн был убежден, что Вселенная не только вечна, но и неизменна, и озадачен, когда, приложив общую теорию относительности к пространству‑времени как целому, обнаружил нечто совершенно противоположное: Вселенная должна или расширяться, или сжиматься. Наблюдения американского астронома Эдвина Хаббла подтвердили модель расширяющейся Вселенной и мысли Эйнштейна: оказалось, что все наблюдаемые галактики от нас удаляются.

Как теория, так и наблюдения приводили к одному и тому же выводу: когда‑то Вселенная внезапно появилась. В 1965 году два исследователя из «Белл телефон лабораторис» случайно обнаружили микроволновое излучение, которое оказалось отголоском Большого Взрыва. У Вселенной все‑таки было начало!

Был у Вселенной творец или не было, но сам факт, что она возникла в какой‑то момент в прошлом, выглядит насмешкой над идеей самодостаточного античного космоса: если нечто существует согласно собственной природе, то логично предположить, что оно вечно и неизменно. Но ко Вселенной это не относится: точно так же, как она внезапно появилась в результате Большого Взрыва, расширилась и развилась до нынешнего состояния, она может исчезнуть в неком отдаленном будущем в результате большого сжатия или тепловой смерти. Таким образом, с открытием Большого Взрыва стало труднее отмахнуться от вопроса «Почему существует Нечто, а не Ничто?».

Может быть, именно слово «ничто» как предельно абстрактное понятие делает этот вопрос современным…

Победа Нечто над Ничто

В ХХ веке в физике произошло сразу два революционных открытия. Теория относительности Эйнштейна показала, что у Вселенной было начало. Квантовая механика подвергла сомнению саму идею причины и следствия: события на атомном и субатомном уровнях происходят случайно, что нарушает классический принцип причинности и открывает принципиальную возможность возникновения Вселенной из чистой случайности.

Возможно, мир возник сам по себе из абсолютного Ничто, как в модели Андрея Линде. Все сущее может быть результатом случайной квантовой флуктуации пустоты – победа Нечто над Ничто вполне могла быть результатом слепого случая. Ведь возможно почти бесконечное множество способов существования Нечто (например, миры, где 500 измерений) и всего лишь один способ существования Ничто. Готфрид Лейбниц в свое время сделал в сторону Ничто реверанс, заметив, что Ничто проще и легче, чем Нечто. Если допустить, что все возможные миры получили равный шанс в космической лотерее, то с очень высокой вероятностью одно из многих случайных Нечто выиграет у одинокого и жестко определенного Ничто.

В классической физике, располагая полными данными о настоящем моменте, можно восстановить полную картину прошлого. Это соответствует нашему интуитивному убеждению в существовании определенного прошлого. Но квантовая физика утверждает, что при самом детальном наблюдении настоящего ненаблюдаемое прошлое неопределенно и представляет собой сумму предысторий.

В середине 1940‑х годов это коренное отличие квантовой механики от классической сформулировал Ричард Фейнман: в ньютоновской механике движущиеся предметы проходят через фильтр с двумя отверстиями строго определенным путем. Но если на фильтр направить пучок частиц (или даже одну частицу), они пройдут через эти отверстия всеми мыслимыми путями, и прямым, и через Альфу Центавра, и через соседний гастроном, пройдут в одно отверстие, выйдут через другое и снова войдут.

Вместо классического детерминизма квантовая физика имеет дело со случайностью и вероятностью. Но эта фундаментальная случайность, так беспокоившая Эйнштейна, все же поддается математическому описанию. Фейнман ввел понятие «суммы предысторий» – это все возможные пути частиц, по итогам которых мы наблюдаем результаты эксперимента. Мы не можем достоверно предсказать не только будущее, но также и прошлое – как именно частица попала в конечную точку, но мы можем рассматривать совокупность всех возможных путей. В итоге основным методом квантовой физики стала «сумма альтернативных историй», то есть учет всех путей с расчетом вероятности каждого.

А поскольку ненаблюдаемое прошлое неопределенно, а наблюдение меняет поведение системы, то выводимое из наблюдений прошлое еще и изменено по сравнению с ненаблюдаемым: наблюдая за системой, мы меняем не только ее настоящее, но и прошлое.

В каком экстремуме квантовые законы и, как следствие, исчезновение измерения времени могут проявиться на уровне Вселенной? Очевидно, когда Вселенная сравнима размерами с атомным ядром. Именно это подразумевает теория Большого Взрыва: все начинается с сингулярности – точки, в которой температура, плотность и искривление Вселенной были бесконечны. В самом начале космической истории весь мир находится в состоянии бесконечного сжатия и стянут в точку – в сингулярность. Общая теория относительности Эйнштейна утверждает, что форма пространства‑времени определяется распределением энергии и материи. И когда энергия и материя бесконечно сжаты, то пространство‑время тоже сжато – оно просто исчезает.

Здесь теория Эйнштейна прерывается и не может предсказать начало Вселенной и начало времени. В точке сингулярности действуют законы квантовой механики: частицы движутся всеми возможными путями, и Вселенная может иметь бесконечное множество предысторий.

Общая теория относительности объединяется с квантовой теорией: искривление времени‑пространства настолько велико, что все четыре измерения ведут себя одинаково. Иными словами, времени как особого параметра нет. А если времени нет, то нет и возможности говорить о начале Вселенной во времени, что устраняет проблему творения из Ничего.

Квантовый мыльный пузырь

Идея, что мир содержит в себе ключ к собственному существованию, а стало быть, существует по необходимости, а не в силу случайности, созвучна размышлениям метафизически настроенных физиков, таких как британский физик Роджер Пенроуз. Он считает, что без человеческого разума мир не мог бы быть причиной самого себя. Хотя на первый взгляд мы являемся лишь ничтожно малой частью космоса, именно наше сознание превращает мир как целое в реальность.

Существует даже точка зрения на появление человека, согласно которой эволюция сознательной жизни на нашей планете обусловлена подходящими мутациями. Предположительно это были квантовые события, поэтому они могли бы существовать только в виде линейной суперпозиции до тех пор, пока не довели эволюцию до мыслящих существ, самое существование которых зависит от всех «правильных» мутаций, имевших место в действительности. Именно наше присутствие, согласно этой идее, вызывает к существованию наше прошлое. Концепция называется теорией «партисипаторной» Вселенной, выдвинута она физиком Джоном Уилером в 1938 году.

В этой гипотезе, более общая версия которой называется «частным антропным принципом», реальность образована самоподдерживающейся петлей причинности: мир создает нас, а мы, в свою очередь, создаем мир.

Удивление, вызываемое в нас фактом существования Вселенной, может превратиться в восхищение, когда мы начнем понимать, что причиной ее существования являемся мы сами. Наше легкое беспокойство о хрупкости всего существующего и главенстве небытия может уступить место уверенности в том, что мир окажется гармоничным, ясным и интеллектуально надежным.

Или же, напротив, нас охватит космический ужас, когда мы осознаем, что все окружающее нас – всего лишь квантовый мыльный пузырь, появившийся в результате случайности и могущий в любой момент лопнуть, без всякого предупреждения. И тогда наше нынешнее ощущение потенциального могущества человеческой мысли может уступить место смиренному принятию пределов разума или восхищению его прыжкам и полетам – или и тому и другому одновременно.