Читать книгу "О происхождении времени. Последняя теория Стивена Хокинга - Томас Хертог"

«Начало мира с точки зрения квантовой теории», опубликованном в журнале Nature в мае 1931 года[75]. Исполненное космической поэзии письмо Леметра – один из самых дерзких научных текстов XX столетия. В нем всего лишь 457 слов, но его можно считать настоящей хартией космологии Большого взрыва. В своем письме Леметр утверждает – насколько мне известно, впервые, – что революции, произведенные теорией относительности и квантовой механикой глубоко взаимосвязаны, что изучение начала Вселенной должно быть частью науки, что оно управлялось физическими законами, которые мы можем установить, но что эти гипотетические законы потребуют объединения квантовой теории с теорией гравитации. Мы должны сплавить воедино теорию относительности и квантовую теорию, писал Леметр, так как первая предполагает возникновение Большого взрыва там, где вторая становится критически важной. Именно это объединение, как провидел Леметр, обеспечит настолько мощный и глубокий синтез знаний, что он введет вопрос о происхождении Вселенной в рамки естественных наук. Эти мысли оказались провидческими: сегодня физики постоянно говорят, что Большой взрыв был высшей формой квантового эксперимента.

Квантовая теория пропитывает физику неизбежным элементом неопределенности и «размытости». Леметр предполагал, что в экстремальных условиях самых ранних стадий Вселенной даже пространство и время сделались бы неопределенно-размытыми. «Понятия пространства и времени в самом начале вообще не имели бы какого-либо значения, – писал он в своем “манифесте Большого взрыва”. – Пространство и время начали бы иметь какой-то реальный смысл только, когда исходный “квант” разделился бы на достаточное количество настоящих квантов». И загадочно добавлял: «Если это предположение верно, то начало мира случилось чуть раньше начала пространства и времени».

Но как же квантовый индетерминизм мог бы разрешить загадку причинности, которую ставит перед нами Большой взрыв? Леметр имел в виду, что сложная Вселенная могла появиться из простого первичного атома вследствие случайных квантовых скачков. И если бы оказалось, что сложность современной Вселенной есть результат бесчисленных «замороженных случайностей» в ее эмбриональном развитии, а не следует с необходимостью из идеально выверенных исходных условий, заложенных в самом начале, – разве это не могло бы сделать всю идею начала Вселенной более приемлемой? Размышляя над потенциальными следствиями сценария квантового происхождения Вселенной, Леметр заканчивал свое письмо в Nature такими словами: «Ясно, что первоначальный квант не мог содержать в себе весь последующий ход эволюции. Нет никакой необходимости в том, чтобы история мира была записана в первом кванте, как песенка на диске фонографа… Напротив, из одного и того же начала могли бы развиться очень разные вселенные».

Благодаря тому, что идея квантового происхождения казалась способной смягчить остроту проблемы происхождения времени, Леметр стал рассматривать эту идею как центральную опору его новой космологии, хотя он так и не записал ни единого уравнения первичного атома в обоснование своего дерзновенного видения. Интуитивная картина начала Вселенной, которую Леметр нарисовал в своем «манифесте Большого взрыва» отличается крайней простотой. В его представлении первичный атом был чем-то вроде абстрактного, неделимого, девственного космического яйца, что заставляет меня вспомнить «Начало мира», произведение румынского скульптора Константина Бранкузи (см. рис. 6 на вклейке).

Британский квантовый физик Поль Дирак, один из первых сторонников Леметра и его гипотезы первичного атома, пошел еще дальше и предположил, что квантовые скачки в ранней Вселенной могли полностью заменить собой необходимость в каких-либо начальных условиях. Могло ли случиться, что в момент квантового начала мира причинность исчезает, что тайна «первопричины» в квантовом мире – в нашем мире – просто испаряется?

Поль Дирак прибыл в Кембридж в качестве студента в 1923 году, в том же году, что и Леметр, и тоже надеялся изучать теорию относительности у Эддингтона. Но ему было суждено пойти по иному пути. Этот путь привел его в квантовую теорию частиц, где он достиг непревзойденной никем глубины понимания. Дирак вывел получившее его имя уравнение, объединившее эйнштейновскую частную теорию относительности с квантовой механикой, и предсказал существование антивещества, что принесло ему в 1933 году Нобелевскую премию. Впоследствии он стал даже пятнадцатым по счету Лукасовским профессором математики в Кембридже. При этом Дирак был весьма необычной личностью: он отличался известной всем застенчивостью и молчаливостью, и, как говорили некоторые его коллеги, иногда казался поистине невидимкой. Как-то раз в конце 1970-х Стивен и его жена Джейн субботним вечером пригласили Дирака с женой к чаю. Дон Пэйдж, в то время ассистент Стивена, живший у него и помогавший ему в быту, тоже задержался за столом, чтобы послушать, о чем будут говорить между собой два титана физики XX века. Но ни один из них так и не произнес ни слова.

В архиве Дирака в Таллахасси, штат Флорида, хранится прелестная карандашная зарисовка: портрет Леметра, набросанный одним из слушателей во время лекции Леметра в Клубе Капицы в Кембридже в 1930 году (см. рис. 15). Под наброском написано: «Но я не верю в Божий Перст, всколыхнувший эфир». Согласно воспоминаниям Дирака, которые он записал на сопровождающем этот рисунок листке в 1971 году, «во время лекции Леметра было много споров о роли квантовой неопределенности».

Рис. 15 (а). Этот набросок сделал слушатель доклада, который Жорж Леметр прочел в Кембриджском университете в 1930 году. Надпись внизу свидетельствует, что Леметр не видел никаких причин для участия Бога в Большом взрыве. Он считал, что гипотеза первичного атома – чисто научный вопрос, основанный на физической теории, и решаться он должен в конечном счете астрономическими наблюдениями. Через сорок лет Поль Дирак сделал к этому наброску приписку, приводимую здесь же.

Рис. 15 (b). «Году в 1930-м аббат Леметр приехал в Кембридж и прочел лекцию в Клубе Капицы. Было много споров о проблеме неопределенности в квантовой механике. Леметр упорно твердил, что не верит в то, что Бог непосредственно вмешивается в события в мире атомов.

Во время дискуссии кто-то из присутствующих сделал на память этот набросок. Не помню, кто это был. Леметр на рисунке получился довольно похоже. П. А. М. Дирак. 1 сентября 1971».

И Дирак, и Леметр видели в квантовой механике способ распутать причинный узел, созданный детерминистской перспективой начала Вселенной, – и сделать это, прослеживая корни сложности, приобретенной Вселенной в ходе ее существования, до случайных квантовых скачков на заре ее образования. Эти скачки в каком-то смысле сделали космологическую эволюцию истинно творческим процессом.

Подводя итоги бурного десятилетия открытий, Дирак снова упомянул леметровскую гипотезу первичного атома в 1939 году, в своей лекции при получении премии Вальтера Скотта в Королевском обществе в Эдинбурге: «Новая космология [связанная с расширением Вселенной] в философском смысле, вероятно, окажется даже более революционной, чем теория относительности или квантовая теория, хотя сейчас мы вряд ли можем осознать все таящиеся в ней последствия»[76]. Пройдет