Вселенная
Шрифт:
Это Вселенная, не развивающаяся со временем, — квантовое состояние само по себе просто есть, оно неизменно и вечно. Но любой фрагмент этого состояния выглядит как один момент времени в развивающейся Вселенной. Каждый элемент квантовой суперпозиции выглядит как классическая Вселенная, которая откуда-то взялась и куда-то движется. Если бы в такой Вселенной существовали люди, то в каждый момент этой суперпозиции им всем бы казалось, что время течёт, — точно так же, как кажется и нам. Именно в таком смысле время в квантовой механике может быть эмерджентно. Квантовая механика позволяет рассматривать вселенные, которые фундаментально
Если бы так и было, то проблема «первого» момента во времени вообще бы исчезла. Вся идея «времени» так или иначе оказывается просто аппроксимацией.
Не я это придумал — именно о таком сценарии ещё в начале 1980-х размышляли физики Стивен Хокинг и Джеймс Хартл, которые одними из первых стали разрабатывать тему «квантовой космологии». Они продемонстрировали, как построить квантовое состояние Вселенной, где время не является фундаментальным, а Большой взрыв — начало известного нам времени. Затем Хокинг написал книгу «Краткая история времени» и стал самым знаменитым учёным современности.
* * *
Идея о том, что у Вселенной есть начало — независимо от того, фундаментально или эмерджентно время, — наводит некоторых людей на мысль, что какая-то сила должна была породить Вселенную, и обычно эта сила отождествляется с Богом. Такая догадка оформилась в виде космологического аргумента бытия Бога. Истоки этой идеи прослеживаются вплоть до Платона и Аристотеля. В последние годы её отстаивал теолог Уильям Лэйн Крейг, выразивший эту идею в виде силлогизма.
1. Всё, что возникает, имеет причину.
2. Вселенная возникла.
3. Следовательно, у Вселенной была причина.
Как мы уже убедились, вторая посылка этого аргумента может быть как верной, так и ложной; мы просто пока этого не знаем — современные научные представления не позволяют ответить на этот вопрос. Первая посылка ложна. Говорить о «причинах» неуместно, рассуждая о глубинном устройстве Вселенной. Нужно ставить вопрос не о том, возникла ли Вселенная по какой-либо причине, а о том, согласуется ли начало времени с определённого момента с законами природы.
В течение жизни мы не сталкиваемся со спонтанным возникновением каких-либо объектов. Пожалуй, было бы простительно считать, что как минимум с очень высокой долей субъективной вероятности сама Вселенная также не могла возникнуть из ничего. Однако за этой безобидной с виду идеей скрываются две очень существенные ошибки.
Во-первых, говорить, что у Вселенной было начало, — не то же самое, что утверждать, будто она спонтанно возникла. Вторая формулировка, которая кажется естественной с обыденной точки зрения, сильно завязана на определённый способ восприятия времени. Факт спонтанного возникновения подразумевает, что вот только что чего-то ещё не было, а в следующий момент уже было. Однако, когда мы говорим о Вселенной, такой «предшествующий» момент просто не существует. Нет такого момента времени, который бы непосредственно предшествовал существованию Вселенной, все моменты времени обязательно связаны с уже существующей Вселенной. Вопрос заключается в том, может ли быть такой первый момент, мгновение времени, ранее которого ни одного мгновения не было. Такой вопрос просто не под силу нашей интуиции.
Иными словами, даже если во Вселенной был первый момент времени, неверно говорить, что она «возникла из ничего». Такая формулировка позволяет полагать, что было некоторое состояние бытия, «ничто», которое затем превратилось во Вселенную. Это не так; состояния «ничто» не бывает, и прежде, чем началось время, не было
Во-вторых, ошибка — утверждать, что вещи не возникают из ничего просто так, а не задаваться вопросом, почему такого не происходит в наблюдаемом мире. Почему я считаю, что, как бы мне этого ни хотелось, передо мной не материализуется вазочка с мороженым? Ответ — потому что при этом нарушались бы законы физики, и в частности законы сохранения, согласно которым некоторые вещи с течением времени остаются постоянными — таковы импульс, энергия и электрический заряд. Я могу быть совершенно уверен в том, что вазочка с мороженым передо мной не возникнет, поскольку это нарушало бы закон сохранения энергии.
В том же духе логично полагать, что Вселенная не могла просто взять и возникнуть, ведь в ней полно материи, и эта материя должна была откуда-то взяться. В переводе на язык физики это означает: Вселенная обладает энергией, а энергия сохраняется — она ниоткуда не берётся и никуда не исчезает.
Здесь мы подходим к осознанию важного факта: оказывается, вполне возможно, что у Вселенной было начало, ведь, насколько нам известно, значения всех сохраняющихся количественных характеристик Вселенной (энергии, импульса, заряда) в точности равны нулю.
Неудивительно, что электрический заряд Вселенной равен нулю. Протоны имеют положительный заряд, электроны имеют равный им по модулю, но отрицательный заряд, а протонов и электронов во Вселенной, по-видимому, равное количество, что даёт общий нулевой заряд. Однако утверждать, что энергия Вселенной равна нулю, — совсем другое дело. Во Вселенной явно много объектов, обладающих положительной энергией. Итак, чтобы суммарная энергия Вселенной была равна нулю, в ней должно быть что-то, имеющее отрицательную энергию. Что же это?
Ответ — гравитация. В общей теории относительности есть формула, описывающая энергию сразу всей Вселенной. Оказывается, энергия однородной Вселенной — такой, где материя равномерно распределена в пространстве в очень больших масштабах, — в точности равна нулю. Энергия «материи», то есть вещества и излучения, положительна, но энергия, связанная с гравитационным полем (кривизной пространства–времени), отрицательная, причём это отрицательное значение как раз обнуляет энергию материи.
Если бы значение какой-либо сохраняющейся характеристики Вселенной, например энергии или заряда, было ненулевым, то в ней не могло бы быть первого момента времени — при соблюдении законов физики. Первым моментом в такой Вселенной был бы тот, в котором существовали бы ранее не существовавшие энергия и заряд, что противоречит законам природы. Однако, насколько нам известно, наша Вселенная иная. Вероятно, ничто не мешало такой Вселенной, как наша, просто взять и возникнуть.
* * *
Наука недвусмысленно отвечает на вопрос, могла ли Вселенная существовать совершенно самостоятельно, без всякой внешней поддержки: да, могла. Мы пока не имеем исчерпывающего представления о законах физики, но ничто из того, что известно нам об этих законах, не указывает на необходимость какой-то поддержки, без которой Вселенная не могла бы существовать.
Однако в случае с подобными вопросами научный ответ устраивает не всех. «Ладно, — могут сказать нам, — мы понимаем, что есть такая физическая теория, которая описывает самодостаточную Вселенную, без всякого внешнего агента, который бы её породил или поддерживал её существование. Но эта теория не объясняет, почему всё-таки существует Вселенная. Ответ на этот вопрос придётся искать за пределами науки».