Свет во тьме. Черные дыры, Вселенная и мы
Шрифт:
Если бы Симон Портегис Цварт и его коллеги вместо черных дыр рассматривали систему, состоящую из меняющихся планет, или вместо простых законов тяготения Ньютона использовали более сложные уравнения общей теории относительности Эйнштейна, система развивалась бы более хаотично. Ну а если бы добавились еще звезды и черные дыры, то все начало бы выглядеть как полный хаос. Нам следует научиться мириться с тем, что Вселенная принципиально непредсказуема и хаотична!
Надо ли говорить, что человек неизмеримо сложнее системы из трех черных дыр? Человек непредсказуем даже на коротких временных интервалах, что хорошо знают родители маленьких детей. Поэтому тем, кто мечтает когда-нибудь перенести людей в компьютер и рассчитать все, что с ними случится, лучше мечтать о розовом единороге. Существование таких животных хотя бы не запрещено с точки зрения физики. Люди, безусловно, подчиняются законам природы, но на самом глубинном уровне они абсолютно свободны!
Даже на микроскопическом уровне источник принятия решения в мозгу очень быстро теряется в тумане неопределенности. Но никакая туманная, квантовая пена в моем мозгу не принимает за меня
217
Сэм Харрис в книге “Свобода воли, которой не существует” (New York: Free Press, 2012, 5; русский перевод Александры Соколинской, издательство “Альпина Паблишер”, 2015) пишет: “Свобода воли – это иллюзия. Наша воля просто дело не наших рук. Мысли и намерения возникают из находящихся на заднем плане причин, о которых мы не знаем и над которыми мы не имеем никакого сознательного контроля. У нас нет свободы, которая, как мы думаем, у нас есть. Свобода воли в действительности более (или менее), чем иллюзия – в том смысле, что это понятие не может быть четко концептуально определено. Либо наша воля имеет определенные причины и мы не ответственны за них, либо эти причины случайны, и мы тоже за них не ответственны”.
218
В данном контексте ученые начали обсуждать вопрос о применимости в этом случае теории эмерджентности, т. е. наличия у системы свойств, не присущих ее компонентам по отдельности; несводимости свойств системы к сумме свойств ее компонентов.
Однако в философии ответ на вопрос о том, что такое это “я”, столь же туманен, как в физике вопрос о природе времени. Частью моего мировоззрения является убежденность, что я состою не только из квантового сумбура в моем мозгу, но и из своего прошлого и будущего – того, которое мой горизонт позволяет мне увидеть. Во мне собраны мои мысли, моя память, мое настоящее, мои надежды и моя вера. И все это – я. Значит, я могу меняться во времени, поскольку с каждым предпринимаемым мною шагом вместе со мной движется и мой горизонт. Поэтому я меняюсь непрерывно, никогда, однако, не становясь полностью кем-то совсем другим.
Но откуда с точки зрения физики берутся этот туман времени, эта неопределенность в обоих направлениях? Причина, по которой мы не можем точно определить, что будет в будущем, или проследить, что было в прошлом, кроется в том, что в этом мире ничего нельзя знать абсолютно точно.
К примеру, чтобы определить какую-то величину с бесконечной точностью, измерять ее надо бесконечно долго, но во Вселенной, возраст и размер которой конечны, это невозможно. По сути дела, во Вселенной, где есть время, нет ничего точного. Если нечто является бесконечно малым или бесконечно коротким, то для измерения этого нечто с бесконечной точностью требуется затратить бесконечное количество энергии, что можно даже доказать математически [219] . Отсюда следует знаменитый принцип неопределенности Гейзенберга, согласно которому никогда нельзя точно указать все характеристики квантовой частицы, – а то, что принципиально нельзя знать абсолютно точно, не существует в точных физических терминах!
219
Пример для читателей, знакомых с математикой: в плоском пространстве я определяю частоту световой волны с помощью преобразования Фурье. Но абсолютно точно значение частоты можно определить, только интегрируя волну по времени t в интервале —? <= t <= ?. Тогда, например, Фурье-преобразование синусоидальной функции точно совпадает с дельта-функцией. Если имеющееся в моем распоряжении время меньше бесконечности, то при преобразовании даже идеальной синусоиды я не получу абсолютно точную частоту. По той же причине я могу абсолютно точно измерить положение точки в определенное время или в определенном месте, только если в моем распоряжении будет бесконечное число частот или длин волн. Но поскольку каждое событие и каждая частица всегда конечны в пространстве и существуют конечное время, эти величины всегда неточны.
В этом смысле математические уравнения, которые мы учим в школе, обманчивы. Они описывают несуществующую природу – ту, которая не существует именно в таком виде. Поэтому швейцарский физик Николя Гизин предложил использовать новую интуитивную математику [220] , учитывающую неточность чисел. Числа только со временем становятся точными. Несколько преувеличенно это можно сформулировать так: равенство “два плюс два” становится абсолютно точным только по прошествии бесконечного времени. Чтобы выяснить, например, весит ли буханка хлеба ровно два килограмма, мне придется взвешивать ее неограниченно долго, но за это время хлеб
220
Natalie Wolchover. Does Time Really Flow?: New Clues Come from a Century-Old Approach to Math. // Quanta Magazine, April 7, 2020. https://www.quanta magazine.org/does-time-really-flow-new-clues-come-from-a-century-old-approach-to-math-20200407.
Если бы скорость света была бесконечной, информация обо всем, происходящем в космосе, – даже о том, что происходит бесконечно далеко, – доходила бы мгновенно. Познаваемая Вселенная не имела бы пределов и была бы бесконечно большой. Все было бы связано со всем одновременно. Но поскольку скорость света конечна, в пространстве и во времени нет познаваемой бесконечности, а потому нет и абсолютной точности. Таким образом, конечная природа скорости света гарантирует нам определенную свободу – имеет значение только здесь и сейчас. Каждое место обладает своим уникальным настоящим прошлым и будущим. В данный момент я еще не могу даже представить себе, что повлияет на меня завтра. На самом деле, даже увидеть это я не могу – я могу только ждать. Будущее станет по-настоящему видимым только завтра – вероятно.
Конечность – это в первую очередь еще и то, что делает возможной нашу жизнь. Согласно второму закону термодинамики безгранично расширившаяся и бесконечно старая Вселенная была бы нескончаемо случайной: в ней бы вечно ничего не происходило. Когда по прошествии почти неограниченно долгого времени выгорели бы все звезды, вся материя распалась, а все черные дыры испарились, Вселенная стала бы пустым, неструктурированным океаном излучения, наполненным бесконечно слабыми электромагнитными волнами.
Поэтому именно начало делает нашу Вселенную и пригодной для жизни, и такой привлекательной. Как говорится, в каждом начале есть толика волшебства. Но и конца нам не следует так уж бояться. В развитии Вселенной было настолько много неожиданных поворотов и креативности, что мы вправе ожидать еще чего-то. Разве создавшая начало творческая сила не сможет выдержать испытание временем?
Жизнь в нашей Вселенной превосходно сбалансирована между случайностью и предсказуемостью. Мы и не свободны от законов природы, и не являемся их рабами. Будущее одной частицы совершенно случайно. Если в течение определенного периода времени наблюдать за несколькими частицами, то все, с ними происходящее, будет происходить с определенной вероятностью и регулярностью. Если же очень долго следить за очень большим ансамблем частиц, то для каждой из них возможно практически все. Жизнь человека протекает где-то посередине. Она частично предсказуема, в ней находится место и элементам хаоса, и светлым моментам, но при этом мы обладаем свободой раз за разом принимать новые решения. Мне кажется, что аналогия с лесом в тумане достаточно хорошо иллюстрирует условия, в которых живет человек.
Когда я был ребенком, я часто, лежа ночью без сна, спрашивал себя: “Что там позади неба? А если позади неба есть что-то, то что позади этого чего-то? А что позади чего-то, что позади чего-то, что позади неба? Там Бог – или это бесконечная, божественная пустота?”
Некоторые физики утверждают, что задавать такие вопросы – ребячество [221] . Но задавать детские вопросы вовсе не значит быть инфантильным. Я рад, что, сохранив детское любопытство, никогда не переставал спрашивать. Да я и не смог бы вести себя иначе, даже если бы захотел.
221
Lawrence Krauss. A Universe from Nothing: Why There Is Something Rather than Nothing. // New York: Atria Books (2014): Pos. 104/3284 (Kindle version).
Я стал ученым, чтобы обрести способность видеть то, что дальше, но моему научному взгляду никогда не достичь бесконечности. Бесконечность – это нечто, что я не могу ни осмыслить, ни эффективно измерить. Именно поэтому бесконечное не доступно науке. Бесконечность – математическая абстракция и метафизическое допущение.
В признанной сегодня модели Вселенной наше представление о бесконечности заканчивается Большим взрывом. С него начинаются наше время и наша история; в нем содержится все, что когда-либо случится. Большой взрыв – избыток концентрированной энергии [222] . Все, что мы видим сегодня, все формы материи и энергии [223] – и даже нас самих! – можно, в конечном счете, проследить вплоть до этой первичной энергии.
222
По этой причине в начале Вселенной энтропия, вообще говоря, была ниже, чем сейчас, когда энергия и масса в значительной степени распределены по пространству. Каждая отдельная звезда, планета или человек могут показаться более “упорядоченными”, чем Большой взрыв, но в контексте всей Вселенной это ничего не меняет. Ситуацию опять можно сравнить с кубиками в детской. Вначале, в момент Большого взрыва, они все были в небольшой коробке, а теперь разбросаны по гигантской игровой комнате. Даже если взять несколько кубиков и построить из них тут и там маленькие красивые домики, общая картина будет являть собой невероятный беспорядок.
223
За исключением, вероятно, “темной энергии”, которая может быть энергией пустого пространства.