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

одном влияют на другие, и так далее. Это взаимопроникновение, в конечном счете отражающее общее происхождение всех полей, ограничивает набор возможных путей их развития. Таким образом, на самых ранних стадиях эволюции Вселенной должна была проявляться взаимозависимость изменчивости и отбора, дарвинианская игра случайности и необходимости, разыгрывавшаяся на нижнем, фундаментальном уровне законов физики.

Окончательный итог всего этого, конечно, такой: правила космической игры, сами законы, которые управляют сегодня физической Вселенной, могли бы быть совершенно иными. Например, могло бы существовать шесть видов нейтрино вместо трех, или четыре вида фотонов, или сильное взаимодействие между видимой и темной материей. Получилась бы вселенная, непредставимо отличающаяся от нашей. Великое объединение и его еще более великие сверхрасширения приводят к поразительному заключению: относительные величины сил, действующих между частицами, массы и виды частиц и, возможно, даже само существование материи и сил – это не математические истины, высеченные в камне, но ископаемые остатки древней и в основном скрытой от нас эволюционной эпохи на самой заре космогенеза.

И все-таки, могли бы вы сказать, это дарвинистское разветвление физики произошло во мгновение ока (нет, гораздо быстрее!) в крайне примитивной среде, тогда как жизнь на Земле развивалась на протяжении миллиардов лет в сложно устроенной земной биосферe, которая и сама продолжала непрерывно эволюционировать.

Это правда. Форма действующих физических законов в основном кристаллизовалась за одну миллиардную долю секунды в условиях постинфляционного расширения, когда Вселенная уже успела охладиться до вполне сносного миллиарда градусов. Можно было бы подумать, что в такой ситуации и правда остается немного места для разыгрывания любого дарвинистского процесса. Однако, когда речь идет о выковывании действующих законов, обретении ими жесткой формы, в расчет идет не продолжительность этого процесса, но диапазон температур, который преодолевает система. А он в ранней Вселенной очевидно огромен. Это и приводит к многочисленным переходам, а следовательно и обеспечивает простор для накапливания результатов их случайных исходов, которое и формирует законы физики и космологии при более низких температурах.

Так сколько же остается пространства для маневра? Каков баланс между изменчивостью и отбором, когда дело идет о фундаментальных законах физики? Хорошо известно, что в биологии диапазон изменчивости фантастически велик. Возможное количество генов, которое можно представить с математической точки зрения, не говоря уж об их возможных последовательностях в ДНК, намного, намного больше любого другого числа, с которым мы когда-либо сталкиваемся, и лишь мельчайшая часть этих молекулярных комбинаций реализуется в живых организмах Земли. Это гигантское пространство конфигураций означает, что в биологии царит всеподавляющая случайность и что биологическая эволюция – явление в высшей степени разнонаправленное. И конечно, количество информации, заключенное в древе жизни, которое растет из множества «замороженных случайностей» в ходе эволюции, намного перевешивает то, что следует из чисто химических и физических законов. Потому-то Гулд и другие заявляют, что, если бы мы могли перезапустить часы и начать биологическую эволюцию сначала, мы получили бы совершенно другое древо жизни.

Но было ли столь же широким поле возможностей на заре горячего Большого взрыва? Определяется ли структура ветвей древа физических законов, изображенного на рис. 35, в первую очередь глубокими математическими симметриями, таящимися в его корнях, или она в основном сформирована историческими случайностями? Это очевидно критический пункт, принципиально важный для космологов – адептов мультивселенной.

Чтобы прочувствовать весь спектр открывающихся здесь возможностей, нам в нашем странствии придется сделать еще один шаг в сторону объединения и включить в рассмотрение гравитацию.

Как я уже упоминал, расширение Великого объединения с целью включить в него гравитацию ставит проблемы совершенно другого масштаба. Начнем с того, что общая теория относительности Эйнштейна описывает гравитацию в терминах жесткого классического поля – ткани пространства-времени, – в то время как в Стандартной модели и ТВО речь идет о вибрирующих квантовых полях. Следовательно, объединенная теория, видимо, потребует квантового описания гравитации и пространства-времени. Евклидов подход Стивена к квантовой гравитации обеспечивает, по крайней мере приближенно, выполнение именно этого условия, но геометрии мнимого времени, на которых этот подход основан, обладают только некоторыми общими свойствами квантового мира гравитации. Они почти не освещают природу микроскопических квантов, скрывающихся за пространством-временем. И даже более того – оказалось, что применения квантовых полей недостаточно для того, чтобы прийти к полномасштабному квантовому описанию гравитации. Дело в том, что квантовые флюктуации поля пространства-времени неограниченно усиливаются на все более малых масштабах. Микроскопические флюктуации пространства-времени создают самоусиливающийся цикл еще более яростных вибраций, которые разрушают его собственную основную структуру. И в отличие от других полей, которые колеблются на фиксированном фоне пространства и времени, гравитация есть пространство-время. Это и есть главная трудность объединения гравитации с квантовой теорией.

И тут появляется теория струн. В середине 1980-х теоретики нашли восхитительный новый подход к формулировке квантовой теории гравитации: они заменили точечные частицы струнами, которые стали рассматриваться как основные составляющие физической реальности. Центральное положение теории струн заключается в том, что, если бы мы могли препарировать материю на все более малых масштабах, намного меньших, чем самые малые, которых мы можем достичь на крупнейших ускорителях частиц, то мы бы обнаружили глубоко скрытые во всех частицах крохотные вибрирующие нити энергии – их-то физики и назвали струнами.

Струны для теории струн – то же, чем атомы были для древних греков: неделимые и невидимые. Однако, в отличие от греческой концепции атомов, все струны в теории струн одинаковы. Внутри всех видов частиц скрыты струны одного и того же вида. Такая уравниловка, конечно, очень хорошо укладывается в философию объединения. Но тут же встает вопрос, каким образом из струн одного и того же вида могут состоять частицы с совершенно разными свойствами, начиная с массы и спина и кончая зарядом или цветом. Согласно теории струн, ответ заключается в том, что струна может колебаться различными способами. Струнная теория утверждает, что электроны и кварки, и даже силовые частицы, такие как фотоны, возникают из различных колебательных конфигураций струн единого вида. И так же, как различные колебания струны виолончели производят звуки разной высоты, теория струн предполагает, что некая универсальная нитевидная сущность, вибрируя множеством различных способов, производит весь зоопарк различных видов частиц.

Принципиально важным было то, что, согласно идеям основателей теории струн, в одном из своих колебательных режимов струна имеет в точности те свойства, которыми должен обладать квант гравитации – гравитон. Более того, размазывая точки в протяженные изгибающиеся волокна, теория струн избавляется от проблемы неограниченного роста квантовых дрожаний пространства-времени на сверхмалых масштабах. И действительно, как видно из фейнмановской диаграммы на рис. 37, в теории струн таких масштабов просто нет. Диаграмма изображает рассеяние двух гравитационных квантов в рамках теории струн. Мы видим, что невозможно указать точного положения,