Дэйв Голдберг - Вселенная. Руководство по эксплуатации

• Название: Вселенная. Руководство по эксплуатации
• Автор: Дэйв Голдберг
• Издательство: ООО «Издательство ACT»
• Жанр: Физика
• Год: 2009
• ISBN: 978-5-17-062989-3

Книга «Вселенная. Руководство по эксплуатации» — идеальный путеводитель по самым важным — и, конечно, самым упоительным — вопросам современной физики: «Возможны ли путешествия во времени?», «Существуют ли параллельные вселенные?», «Если вселенная расширяется, то куда она расширяется?», «Что будет, если, разогнавшись до скорости света, посмотреть на себя в зеркало?», «Зачем нужны коллайдеры частиц и почему они должны работать постоянно? Разве в них не повторяют без конца одни и те же эксперименты?». Юмор, парадоксальность, увлекательность и доступность изложения ставят эту книгу на одну полку с бестселлерами Г. Перельмана, С. Хокинга, Б. Брайсона и Б. Грина! Настоящий подарок для всех, кого интересует современная наука, — от любознательного старшеклассника до его любимого учителя, от студента-филолога до доктора физико-математических наук!

---

Если наша Вселенная — результат целой серии расширений и коллапсов, то наш «Большой взрыв» произошел через миллиарды и триллионы лет после некоего «начала (а оно откуда взялось и почему приключилось?), так что на наведение беспорядка было сколько угодно времени. Но особого беспорядка как-то не наблюдается. Более того, история нашей Вселенной была очень гладкой и упорядоченной. Ответ не сходится.

Однако в последние годы появилось много других циклических моделей, которые обеспечивают существование вечной Вселенной. В 2002 году Пол Штейнхардт из Принстонского университета и Нил Турок из Кембриджа придумали модель, эксплуатирующую дополнительные измерения из теории струн. Как мы видели в главе 6, теория струн предполагает, что наша Вселенная, возможно, вообще не трехмерная, а обладает целыми десятью пространственными измерениями. А наша Вселенная живет на трехмерной «бране», которая плывет по мультивселенной, не взаимодействуя с другими вселенными.

Однако гравитационно разные браны (то есть разные вселенные) взаимодействуют. В этой модели темная энергия, которая ускоряет Вселенную, — вовсе не отдельное явление, а просто остаток гравитационного притяжения между бранами[123], а темная материя — просто обычная материя на соседней бране.

Случается, что браны сталкиваются, отчего и происходят «большие взрывы» в пределах разных бран, а затем все происходит так, как мы уже видели.

Эти модели необычайно элегантны, к тому же обладают дополнительным преимуществом — нам не нужна инфляция, чтобы объяснить проблемы плоского мира и горизонта. Кроме того, проблема «увеличения беспорядка» решается совершенно по-новому. С каждым циклом браны становятся все более эластичными, а это означает, что беспорядок распространяется по все большему и большему объему. Однако крошечный лоскуток, который мы называем нашей Вселенной, — всего лишь клочок браны, поэтому мы с каждым повторением начинаем почти что с нуля.

Звучит великолепно — но ведь все эти модели требуют, чтобы теория струн оказалась верной, а по этому поводу мнения, прямо скажем, расходятся. Есть множество условий, при которых Вселенная способна претерпеть череду сжатий и расширений, и теория струн — лишь один вариант из нескольких. Если верна петлевая квантовая теория гравитации, например, то при попытке посмотреть кинохронику Вселенной вы бы застряли в планковском времени — Вселенная буквально не в состоянии стать меньше и моложе, чем тогда. В результате время автоматически обратится вспять. Иначе говоря, естественным решением всех проблем было бы предположение о том, что Вселенная вечна.

В конечном итоге теория Большого взрыва обладает тем же основным недостатком, что и теория эволюции. Обе практически идеально описывают, как Вселенная (или жизнь на Земле) менялась после зарождения, но ни та ни другая не в силах объяснить, с чего все началось. Нельзя винить теорию в том, что она объясняет не абсолютно все, но это не отменяет природной любознательности. Ответ на вопрос крошки Билли может закончиться словами: «И откуда ты взялся, мы тоже не знаем».

Глава 8. ИНОПЛАНЕТЯНЕ

Физикам частенько приходится сталкиваться с самыми головоломными и трудными вопросами. Мы уже поговорили о начале времен, о конце времен и обо всем, что посередке. Мы возились с огромными кусками пространства и разбирались, откуда берется материя. Обсуждая квантовую механику, мы даже неловко повертели в руках ответы на главный вопрос философии — вопрос о свободе воли и детерминизме. Все наши разговоры отличает определенный оттенок странноватой жути, и самая безопасная научная политика зачастую оказывается такой: смирись, склони голову, пробейся сквозь вычисления и посмотри, что у тебя получится, а потом загляни в ответ[124].

В то же время в общественном сознании угнездилось распространенное представление о том, что если думать о физике в масштабе Вселенной, можно понять что-то важное и особенное в подлинной природе реальности или разобраться наконец, одни ли мы во Вселенной. Когда человеку задают такие вопросы, он заливается краской и вспоминает, что еще не пробился сквозь вычисления. От крупных эзотерических вопросов так просто не отмахнешься. Как известно, Ньютон был и величайшим физиком своего времени (а то и всех прочих времен), и убежденным христианином. В промежутках между изобретением физики и математического анализа у него оставалось достаточно времени на то, чтобы поразмыслить, сколько ангелов уместится на кончике иглы. Использование физики для решения нефизических задач — прием, имеющий славное прошлое, а значит, если нас спросят, верим ли мы в инопланетян, недостаточно прикинуться дурачками. Надо прикинуться умниками.

I. Ну и где они все?

Начнем с очевидного. Если вопрос не относится к физике, это вовсе не значит, что нам нельзя ввернуть в беседу пару-тройку остроумных реплик. Например: «Был ли у нас хоть один контакт с инопланетянами?»

Простейший ответ — поскольку мы не сторонники конспирологических теорий, а следовательно, не верим в закрытые «зоны» контактов, то твердо уверены, что на Земле ни разу не терпел крушение корабль пришельцев. Конечно, нам хотелось бы в это верить, но все равно, если окажется, что нас посещали инопланетяне, мы сильно удивимся.

Человечество отправляет сигналы в космос всего только 60 лет. Инопланетяне не стали бы посещать нас, если бы не засекли подозрительные сигналы с Земли и не захотели в результате проверить, откуда они исходят (хотя это желание, вероятно, угасло бы, если бы они сумели посмотреть перехваченные телепередачи). Если предположить, что они отправились в путь, как только засекли сигналы, все равно добраться до нас они бы смогли с максимальной скоростью чуть меньше скорости света.

Инопланетяне, которые могли бы нас посетить, должны жить на расстоянии около 30 световых лет от Земли. В пределах этого расстояния расположено около 400 таких звезд, но до сих пор у нас не было никаких прямых доказательств, что у какой-нибудь из них есть планеты, похожие на Землю, не говоря уже об обитаемых и тем более — населенных разумными существами. Более того, поскольку наши сигналы необычайно слабы, едва ли какая-нибудь инопланетная цивилизация заметила бы нас, если бы даже хотела.

Однако Вселенная так велика, что возникает чувство, будто в ней должны найтись и другие цивилизации. Энрико Ферми, один из величайших физиков XX века, сформулировал основную проблему следующим образом: только представьте себе, сколько во Вселенной звезд. Есть все шансы, что на некоторых из этих звезд зародилась и развилась разумная жизнь — если только наша Земля по какой-то непонятной причине не оказалась совсем уж уникальной. Эта разумная жизнь впоследствии — и это главное — распространится на другие планеты.

Если можно хоть в какой-то мере полагаться на наш земной опыт, люди (или инопланетяне, подобные людям) стремительно заселяют каждый обитаемый уголок. Раз Вселенная такая старая, она, казалось бы, должна быть битком набита разумными существами, и мы бы уже сто раз с ними проконтактировали. Как сказал Ферми: «Ну и где они все?»

Ферми достаточно вольно обращался с цифрами и, вероятно, питал чрезмерный оптимизм по поводу перспектив путешествий со сверхсветовой скоростью и колонизации других галактик. Однако парадокс Ферми заставляет нас применить наши познания в физике и астрономии, чтобы вычислить, какова вероятность, что где-то во Вселенной есть инопланетяне с билетом до Земли в кармане. Итак, каковы шансы, что в нашей Галактике есть другие разумные существа, учитывая все, что мы знаем о ней?

Самый простой подход — долго и помногу раз наблюдать множество соседних звезд, В принципе, сверхцивилизация, которая хочет разрекламировать всему миру свое существование, посылала бы во все стороны радиосигналы с распознаваемыми закономерными последовательностями чисел, чтобы другие разумные цивилизации могли их зарегистрировать и расшифровать. Мы не так развиты и пока что можем лишь принимать сигналы — нам не по силам развить такую мощность, чтобы посылать информацию к другим звездам. Если этот сценарий вам чем-то знаком, неудивительно. Это главный принцип романа Карла Сагана «Контакт», написанного в 1985 году и впоследствии экранизированного, — получился отменный фильм с Джоди Фостер[125].

Хотя все эти разговоры о контакте — не более чем мечты, наука, которая стоит за поисками внеземных цивилизаций, очень и очень серьезна. С 1960-х годов существует весьма активная исследовательская группа под названием «Поиски внеземного разума» (Search for Extra-Terrestrial Intelligence, SETI), цели которой полностью описаны в названии[126].