На лужайке Эйнштейна. Что такое ничто, и где начинается всё
Шрифт:
Листая книгу Смолина на эту тему, я обнаружила раздел, который привлек мое внимание. «Вселенная, – писал он, – должна рассматриваться как замкнутая система. Вселенная прекрасна и обладает причудливым строением. Но она не была сотворена кем-то, кто обитает за ее пределами. По определению, Вселенная – это все, что существует, и не может быть ничего вне ее. По определению, не могло ничего существовать до момента рождения Вселенной. Если что-то вызвало рождение Вселенной, то это что-то существовало и должно было быть частью Вселенной. Поэтому первым принципом космологии должно быть утверждение „нет ничего за пределами Вселенной“». Я не могла отделаться от мысли, что тот же принцип был бы справедлив по отношению к H-состоянию, поскольку оно, по определению, бесконечно и безгранично.
Мой отец прекратил читать примерно в 4.00 утра, но я продержалась за чтением всю ночь и утром написала самое лучшее письмо, какое только могла написать после бессонной ночи, предлагая свежий взгляд на теорию петлевой квантовой гравитации.
Но что-то все-таки меня беспокоило. На симпозиуме Маркопулу в своем докладе говорила не только об атомарной геометрии, но и о значении наблюдателей в квантовой Вселенной. «Физические космологические теории должны апеллировать к наблюдателям внутри Вселенной», – утверждала она, повторяя суть главного принципа Смолина. Вместо одного описания Вселенной извне лучшее, что мы можем получить, – это огромный массив частичных описаний Вселенной, сделанных изнутри нее. Теория квантовой гравитации, сказала она, должна содержать набор правил для переходов между ними. Космология Маркопулу, построенная на частичных ограниченных наблюдениях Вселенной, напоминала мне предположение Уилера о том, что наблюдатели участвуют в создании Вселенной. Имеет ли мир квантовой гравитации какое-то отношение к самонастраивающемуся контуру Уилера? Я была уверена, что, если мне удастся опубликовать статью в журнале Scientific American, то у меня появится шанс найти ответ на этот вопрос.
Я сидела за компьютером в редакции Manhattan Bride, когда пришел ответ от Фила. Прежде чем открыть электронное письмо, я оглянулась и убедилась, что Рик погружен в свои дела. «Привет, Аманда. Спасибо. Было бы вам интересно написать статью о Фотини Маркопулу?»
Я позвонила отцу, прижимая губы к телефонной трубке и прикрывая рот рукой так, чтобы Рик не мог слышать.
– Я пишу для Scientific American, – прошептала я. – Дело в шляпе.
Я запланировала встретиться с Фотини Маркопулу через несколько месяцев, когда она появится в Нью-Йорке. На следующее утро я зашла в офис сообщить, что увольняюсь.
– Ничего личного, – сказала я Рику. – Просто я хочу написать о физике.
– Может, я смогу найти способ, чтобы ты могла писать про это здесь? – спросил он.
Я моргнула.
– В свадебном журнале?
Спустя час я снова была в метро. Я ехала в Бруклин. Когда поезд проезжал центр города со стороны Уолл-стрит, я начала склоняться к мысли, что решение бросить работу было, возможно, слишком эмоциональным поступком. Одной статьи недостаточно, чтобы платить по счетам. Но уже на Ист-ривер я была уверена, что сделала правильный выбор. Костным мозгом я знала, что это было начало чего-то большего. За резкими переменами обязательно последуют новые приключения.
Мое волнение несколько усилилось, когда я позвонила моим родителям.
– Я знаю, что это было не самое ответственное решение, – сказала я сконфуженно. – Но я чувствую, что поступаю правильно.
– Ты должна доверять интуиции, – сказал отец. – Деньги – это полезно. А то, чем ты сейчас занимаешься, – важно.
Я слышала, как мама вздохнула.
– Тебе лучше бы было выйти замуж за врача.
Избавившись от необходимости каждый день ходить на работу, я посвятила все свое время чтению и размышлениям о физике. К сожалению, для моих друзей и моего бойфренда, с которым я жила в то время, «думать о физике» было сродни банальному ничегонеделанью. Когда я пыталась объясниться, все вежливо кивали, но их вопросы выдавали глубокое убеждение, что я просто сошла с ума.
– А не думаешь ли ты, что, ни разу не побывав ни на одном уроке физики, ты можешь столкнуться со сложностями, посвящая физике свою жизнь? – спрашивали они.
– Время покажет, – отвечала я.
Чтобы не остаться совсем на мели, я работала несколько ночей в неделю гардеробщицей в ночном клубе у моего брата.
Когда потеплело, я проводила вторую половину дня, сидя на крыльце с Кэссиди – моим черным лабрадором, купаясь в солнечных лучах, размышляя о реальности и готовясь к встрече с Фотини Маркопулу.
Я знала, что физикам нужна теория квантовой гравитации, поскольку общая теория относительности и квантовая механика не могли мирно сосуществовать в одной Вселенной. Но что именно сделало их столь безнадежно несовместимыми? Куда бы я ни посмотрела, я везде находила только технические тонкости: мир теории относительности – непрерывный, квантовый мир – дискретный; в теории относительности положение в пространстве-времени точно определено, а в квантовой теории – размыто. Это были препятствия, конечно, но не принципиально непреодолимые. Это было похоже на то, как если бы теория относительности предпочитала шоколад, а квантовая теория – ваниль. То есть совсем не так, как если бы теория относительности была протестантом, а квантовая теория – уткой.
Теория относительности, по сути, говорит о том, что такое пространство и время для разных наблюдателей. Все началось с простого вопроса, который сводил с ума шестнадцатилетнего Альберта Эйнштейна. Как будет выглядеть луч света для наблюдателя, перемещающегося со скоростью света вдоль этого луча? Будет ли он находиться в состоянии покоя, так же как автомобиль на соседней полосе выглядит стоящим на месте, если вы едете вместе с ним в одном направлении и с точно такой же скоростью? В уравнениях Джеймса Клерка Максвелла электромагнитные волны, иначе известные как свет, всегда распространяются с одной и той же скоростью – 186 000 миль в секунду (или 300 000 км/с). Эйнштейн сразу увидел проблему. Для наблюдателя, перемещающегося со скоростью 186 000 миль в секунду, скорость света упадет до нуля. И что тогда? Электромагнетизм перестанет существовать? Вселенная закончится? Эйнштейн понял: чтобы во Вселенной не произошло светопреставление и чтобы законы электромагнетизма в равной степени действовали для любого наблюдателя, не должно существовать системы отсчета, в которой бы свет остановился. Такое возможно только в том случае, если для любого наблюдателя свет распространяется с постоянной скоростью 186 000 миль в секунду, независимо от того, как быстро движется сам наблюдатель относительно света. Неважно, насколько быстро вы передвигаетесь, – вы никогда не сможете поймать луч света. Даже если вы перемещаетесь с высокой скоростью вдоль светового луча, все равно световой поток будет неумолимо удаляться все с той же скоростью 186 000 миль в секунду. Горизонт отступает так же быстро, как вы приближаетесь.
Насколько безумно это звучит, не сразу заметишь. Скорость определяется пространством, которое что-либо пересекает за определенное время. Чтобы свет всегда двигался с одной и той же скоростью независимо от того, как быстро перемещается наблюдатель, пространство и время по отдельности должны изменяться от наблюдателя к наблюдателю. Общее расстояние в пространстве и времени в сочетании остается же для каждого наблюдателя постоянным – объединенное четырехмерное пространство-время, которое наблюдатели бороздят в различных направлениях, выбирая, какие координаты назвать пространством, а какие – временем, в соответствии с их индивидуальными точками зрения.
Эйнштейн знал, что должен существовать какой-то способ преобразования от одной точки зрения к другой, некоторое предписание, которое дает возможность представить, как одно и то же пространство-время выглядит для разных наблюдателей, поскольку, предположительно, есть только одна Вселенная. Когда он нашел такое предписание, он назвал его специальной теорией относительности. Специальной – потому что она работает только при условии равномерного и прямолинейного движения наблюдателей относительно друг друга. Эта теория ничего не говорила о неравномерно перемещающихся наблюдателях или наблюдателях, двигающихся с ускорением. Из нее следует, что тот парень, который едет по Бедфорд-авеню с постоянной скоростью, окажется совсем в другой вселенной, чем тот парень, который разгоняет свой автомобиль рядом с ним, хотя оба находятся в Бруклине.