Когда-то я мечтал, что смогу, глядя в ночное небо, уверенно показывать в нем всевозможные звезды и планеты: «Это вот Бетельгейзе» или «Видите вон там такую яркую точку? Это на самом деле не звезда, а планета Венера». Но у меня, к сожалению, чрезвычайно плохая память. Когда дело доходит до чего-то несистематического, вроде звезд, рассыпанных по небесному своду, мне трудно назвать что-нибудь кроме Большой Медведицы, не опираясь на какой-нибудь логический принцип. Разумеется, именно поэтому мы и создали фигуры вроде Большой Медведицы или Ориона – чтобы помочь нам ориентироваться в этих случайно разбросанных световых точках.

Оказывается, однако, что я и физически не очень подхожу для занятий астрономией. В качестве первой попытки поглубже заглянуть в космос я отправился в обсерваторию Милл Хилл на севере Лондона. Но моему желанию увидеть край Вселенной не позволил осуществиться вечный враг астрономов – облачность.

Тогда я решил подняться над облаками. Для этого пришлось отправиться несколько дальше Северной линии лондонского метро. Я доехал на поезде до Швейцарии и поднялся на красивейший альпийский перевал Юнгфрауйох. Лифт, устроенный в туннеле, пробитом в горе, поднял меня на вершину, на которой расположена обсерватория «Сфинкс», находящаяся на высоте 3571 м над уровнем моря.

Эта обсерватория, построенная в 1937 г., выглядит как логово какого-нибудь злодея из фильма про Джеймса Бонда. Глядя на солнце, заходящее над снегом и ледниками, я готовился провести изумительный вечер за созерцанием звезд. Но у моего организма были другие планы. Я уже чувствовал сильное головокружение и некоторую дурноту. Я почти не мог есть. Когда на небе начали появляться первые звезды, на меня напала сильнейшая головная боль. Вскоре после этого меня вырвало. Когда пожилая немецкая пара сказала мне, что у меня налицо все симптомы горной болезни кроме одного, я внезапно понял, что никогда раньше не бывал на такой высоте.

– А какого симптома не хватает?

– Смерти.

Тогда-то я и понял, что моя мечта о жизни астронома-любителя вряд ли того стоит. Первым же поездом я вернулся на безопасную высоту, и все симптомы пропали. Приходилось смириться с тем, что я – житель долины Темзы, уроженец Лондона, и мой организм создан для наблюдения звезд при помощи телескопов, находящихся на более комфортной высоте, поближе к уровню моря. Но именно наблюдения, произведенные на некоторых из самых крупных телескопов, установленных высоко в горах всего мира, позволили обнаружить удивительный факт. В некоторый момент в будущем звезд, которые можно наблюдать, станет меньше: они постепенно выходят за пределы нашего горизонта видимости!

Когда мимо вас проезжает машина «скорой помощи» с включенной сиреной, ваше ухо ощущает сжатие звуковых волн во время ее приближения: это приводит к уменьшению длины волны, и звук сирены кажется более высоким, чем после того, как машина проедет мимо вас. Звуковые волны удаляющейся сирены растягиваются, увеличивая длину волны и понижая тон звука. Это явление известно под названием эффекта Доплера.

То же происходит и со светом. Если звезда удаляется от нас, испускаемый ею свет сдвигается в сторону больших длин волн и краснеет. Если же она движется к нам, свет сдвигается в сторону более коротких волн и становится синее. Уже выяснив, что наша Галактика – не единственная, а одна из многих, Эдвин Хаббл занялся в 1929 г. анализом света, приходящего из других галактик, чтобы узнать, как они движутся относительно нашей. К его удивлению, свет, приходящий от отдаленных звезд наблюдаемых им галактик, был неизменно сдвинут в красную часть спектра. Казалось, что к нам ничто не приближается. Другие галактики, по-видимому, разбегались от нас. Еще интереснее было то обстоятельство, что чем дальше от Солнца находилась та или иная звезда, тем большим был сдвиг ее длин волн. Хаббл не мог поверить, что Земля занимает во Вселенной такое особенное место. Он понял, что существует значительно лучшее объяснение: пространство расширяется одновременно во все стороны. Где бы ни находилась точка наблюдения, из нее всегда будет казаться, что от нее все удаляется. Пространство между нами и звездами растягивается. Галактики разлетаются под действием этого расширения пространства как листья на ветру.

Хотя открытие расширяющейся Вселенной часто приписывают Хабблу, оно было предсказано за два года до него священником-иезуитом Жоржем Леметром. Леметр вывел идею о необходимости расширения Вселенной из уравнений гравитации Эйнштейна. Когда Эйнштейн услышал о его гипотезе, он отверг ее, не стесняясь в выражениях: «Ваши вычисления, возможно, и правильны, но ваша физика ужасна». Эйнштейн был настолько уверен в неправоте Леметра, что в конце концов вставил в свои уравнения так называемую «космологическую постоянную», которая должна была обеспечить статичность Вселенной и таким образом выбить почву из-под предсказания Леметра.

То, что Леметр напечатал свою статью в малоизвестном бельгийском журнале, также не способствовало успеху его дела. Но когда наблюдения Хаббла дали результаты, подтверждающие идею расширяющейся Вселенной, Эйнштейн запел по-другому. Открытия Хаббла и Леметра были первым указанием на то, что Вселенная не столь статична, как считали Эйнштейн и многие другие ученые. Оказалось, что пространство растягивается.

Именно растяжение пространства увеличивает длины волн приходящего к нам света, причем чем большее расстояние проходит такой свет, тем в большей степени в конце концов удлиняются его волны. Таким образом, чем больше величина красного смещения, тем в большей степени было растянуто пройденное светом пространство и, следовательно, тем дальше от Земли находится его первоначальный источник.

Чтобы понять, почему растяжение пространства изменяет длины волн света, надуем воздушный шарик и отметим на нем три точки. Одна из них будет Землей, а две другие – удаленными звездами. Нарисуем между Землей и звездами две световые волны с постоянной длиной волны. Так свет выглядит в тот момент, когда он покидает звезды. К тому времени как свет от ближайшей из таких звезд достигнет Земли, шарик несколько расширится. Если раздуть его еще немного, длины волн увеличатся. Свету от более удаленной звезды требуется большее время, чтобы долететь до Земли, и за это время Вселенная расширится еще немного. А если еще поддуть наш шарик, длины волн станут еще больше. Поэтому большее красное смещение соответствует большему расстоянию от данной звезды до Земли.

Так был получен новый способ измерения расстояний до весьма удаленных звезд. Он помог астрономам обнаружить звезды, которые сейчас должны находиться в 30 миллиардах световых лет от нас. То, что мы можем видеть объекты на расстоянии в 30 миллиардов световых лет, в то время как возраст Вселенной, как мы скоро увидим, составляет всего 13,8 миллиарда лет, может показаться парадоксом, но следует помнить, что мы видим такую звезду в прошлом, когда она еще была настолько близка, что ее свет мог достичь нас. Вывод о том, что такая звезда находится сейчас в точке, из которой ее свет сможет дойти до нас лишь через 30 миллиардов лет, можно сделать только из математического анализа расширения Вселенной.

Если Вселенная расширяется, то, возможно, некоторые звезды навечно останутся недоступными для нашего взора, так как они все более и более отдаляются от нас. Если Вселенная расширяется с постоянной скоростью, будь эта скорость даже выше скорости света, то при помощи элегантного математического рассуждения можно показать, что, подождав достаточно долго, мы сможем увидеть свет, исходящий от любой звезды Вселенной – даже если она бесконечна.

Проще всего понять это рассуждение на одном примере, приводящем к удивительно нелогичным результатам. Представим себе муравья (играющего роль фотона), который сидит на одном конце резиновой ленты (играющей роль пространства), другой конец которой (играющий роль Земли) зафиксирован. Тот конец, на котором исходно находится муравей, играет роль далекой галактики.

Конец резиновой ленты оттягивают с некоторой постоянной скоростью. Предположим, что изначальная длина ленты равна одному километру и увеличивается на один километр каждую секунду. Муравей перемещается вдоль ленты с гораздо меньшей скоростью, скажем, равной одному сантиметру в секунду. На первый взгляд кажется, что, поскольку скорость удаления конца ленты настолько выше, у муравья нет никаких шансов добраться до противоположного конца ленты, так же как и свет из достаточной удаленной галактики никогда не сможет долететь до Земли, если пространство между ними расширяется с постоянной скоростью.

Поскольку тут есть некоторые тонкости, я позволю себе ввести одно условие, которое поможет нам понять, что происходит: пусть резиновая лента растягивается только по прошествии каждой секунды и каждое ее растяжение происходит мгновенно. Итак, к концу первой секунды муравей прополз один сантиметр, то есть 1/100 000 всего расстояния. Затем лента растянулась. Важно отметить, что, хотя расстояние, которое муравью еще нужно преодолеть, и увеличилось, уже пройденное им расстояние по-прежнему составляет 1/100 000 расстояния между звездой и Землей, так как растяжение ленты также несколько отодвинуло муравья от исходной точки его путешествия.

Затем муравей проползает еще один сантиметр. Длина ленты равна теперь двум километрам. Значит, муравей прополз еще 1/200 000 полного расстояния. В сумме преодоленная им часть пути составляет 1/100 000 + 1/200 000 полного расстояния. Лента растягивается еще на километр. Пропорция от такого растяжения не изменяется. Длина ленты равна теперь трем километрам. Муравей проползает еще один сантиметр. Теперь это всего 1/300 000 полного расстояния. Каждый раз, когда резиновая лента растягивается, пропорция, соответствующая очередному сантиметру, пройденному муравьем, уменьшается. Но погодите – вот где проявляется сила математики. Относительная длина части ленты, пройденной муравьем через n секунд, будет равна:

Но это тот самый гармонический ряд, вычисленный Оремом много столетий назад, который мы рассматривали в начале предыдущей главы. Орем доказал, что сумма этого ряда может быть сколь угодно большой. То есть значение n можно взять настолько большим, чтобы его сумма была больше 100 000. Тогда отношение длины участка, пройденного муравьем, к полному расстоянию будет более 100 %. Значит, муравей достиг цели!

В этом примере мы рассматривали резиновую ленту, растягивающуюся с постоянной скоростью. Примерно так же, по мнению астрономов, подобных Хабблу, ведет себя и космическое пространство: возможно, его расширение даже замедляется благодаря воздействию гравитации. Из этого следует, что, даже если Вселенная бесконечна, мы сможем увидеть все большую и большую ее часть, если будем просто сидеть и ждать прибытия света, подобного колонии муравьев, ползущих по растягивающейся резиновой ленте пространства.

Не значит ли это, что теоретически, если Вселенная бесконечна, мы должны были уже видеть свет от всех звезд, как бы далеки от нас они ни были? Может быть, мы уже можем видеть бесконечную Вселенную? Тут, однако, следует вспомнить, что чем дальше от нас находится звезда, тем в более глубоком прошлом мы ее видим. Если отмотать развитие нашей расширяющейся Вселенной достаточно далеко назад, мы обнаружим, что в ней вообще не было никаких звезд.

Открытое Хабблом и Леметром расширение Вселенной было свидетельством события, которое физики называют сейчас Большим взрывом. Если обратить течение времени вспять, то расширяющаяся Вселенная превратится во Вселенную сжимающуюся. По мере сжатия плотность Вселенной возрастает настолько, что ее состояние должно измениться самым кардинальным образом. Собственно говоря, как первым понял Леметр, в какой-то конечный момент такое обратное расширение приведет к образованию бесконечно плотной Вселенной; он называл это состояние первичным атомом или космическим яйцом. Эту «сингулярность» ученые и называют Большим взрывом. Поскольку теория относительности и квантовая физика должны слиться в этой точке в единую согласованную теорию, вопрос о том, насколько далеко назад можно отмотать развитие Вселенной, прежде чем наши нынешние модели перестанут работать и потребуются новые идеи, все еще обсуждается.

Когда я впервые услышал о Большом взрыве, еще будучи школьником, я подумал, что если Вселенная начала развиваться из единственной точки, то сейчас она должна быть конечной. Однако некоторые математические рассуждения позволяют показать, что из единственной точки может получиться и бесконечная Вселенная. Это поражает воображение. Как точка, не имеющая объема, может содержать в себе бесконечное пространство? Чтобы понять, как работает этот механизм, начнем с бесконечного пространства и проследим его развитие в обратном направлении. Представим себе бесконечное пространство через одну секунду после Большого взрыва. Назначим центром этой вселенной некоторую произвольную точку и рассмотрим все точки, находящиеся на расстоянии R от нее. Все они лежат на сфере радиуса R.

Начнем теперь отматывать развитие этой вселенной назад, в направлении нулевого времени. К моменту t = ½ сфера радиуса R сожмется до сферы радиуса ½ R. В момент t = ¼ все наши точки окажутся на сфере радиуса ¼ R. По мере продвижения в направлении Большого взрыва с таким последовательным делением времени на два сфера становится все меньше и меньше и к моменту t = 0 наконец сжимается в точку. Но это рассуждение справедливо для любой сферы, как бы велико ни было значение R. Таким образом, любая точка вселенной лежит на сфере некоторого радиуса R, которая сжимается в выбранную нами точку при возврате к t = 0. То есть математика позволяет нам втянуть бесконечное пространство в точку, не имеющую объема, всего за одну секунду.

У Шекспира эту идею изящно формулирует Гамлет: «Я бы мог замкнуться в ореховой скорлупе и считать себя царем бесконечного пространства».

Разумеется, если пространство и время квантуются, такая модель перестает работать. Как мы видели, когда пытались снова и снова делить пополам мою игральную кость, в этом процессе можно дойти до такой точки, в которой дальнейшее деление становится невозможным. Это обстоятельство и находится в центре споров о столкновении квантовой физики с общей теорией относительности: что происходит, когда Вселенная сжимается до размеров единственной точки?

Многие считают эту точку началом нашей Вселенной, и мы еще вернемся к разговору о значении слов «начало» и «время» на следующем «рубеже». Но концепция Большого взрыва несомненно влияет на то, как далеко мы в принципе можем видеть, потому что она означает, что звезды не могли существовать более чем 13,8 миллиарда лет назад – такова современная оценка времени, прошедшего с момента возникновения этой сингулярности. Более того, моменту, в который стало возможным формирование звезд, еще должен был предшествовать некоторый период развития Вселенной.

Углубляясь в космос, мы углубляемся в прошлое. Тот факт, что звезд не существовало ранее чем 13,8 миллиарда лет назад, означает, что мы окружены сферой, за пределами которой видеть просто нечего. Таким удивительным образом мы возвращаемся к модели Вселенной, предложенной еще древними греками. Земля находится в центре гигантской сферы, и фотоны, летящие из-за пределов этой сферы, еще не успели до нас добраться. С течением времени эта сфера увеличивается, и ответ на вопрос о том, каковы размеры пространства, заключенного в пределах этого расширяющегося горизонта, оказывается довольно неожиданным.

В октябре 2013 г. было объявлено о подтверждении расстояния до наиболее удаленной от нас на данный момент галактики: ее свет добирался до нас 13,1 миллиарда лет. Однако это не значит, что эта галактика сейчас находится на расстоянии 13,1 миллиарда световых лет от нас, так как за эти 13,1 миллиарда лет пространство, отделяющее нас от нее, расширилось. Согласно результатам вычислений, эта галактика находится сегодня в 30 миллиардах световых лет от Земли. Как было объявлено в 2011 г., существует другая галактика с еще большим красным смещением, которое свидетельствует о том, что ее свет шел до нас 13,41 миллиарда лет, но эти данные еще не подтверждены.

Можно было бы подумать, что мы должны быть в состоянии видеть свет, возникший в самый первый момент после Большого взрыва. Однако считается, что, последовательно восстанавливая прошлое состояние Вселенной, мы доходим до такого момента, когда свет не мог распространяться в пространстве, так как оно было непрозрачным. Фотоны постоянно сталкивались то с одной, то с другой частицей. Лишь через 378 000 лет после Большого взрыва плотность частиц уменьшилась настолько, чтобы первые фотоны смогли начать свое безостановочное путешествие в пространстве. В космосе внезапно обнаружилось достаточно места, чтобы такие фотоны могли пролетать через Вселенную, не наталкиваясь на объекты, которые могли бы их поглотить. Эти первые видимые нам фотоны образуют так называемое реликтовое излучение, и именно они представляют максимальную дальность нашего космического дальновидения. Подобно космическим окаменелостям, они рассказывают нам о раннем периоде развития Вселенной.

Когда эти первые фотоны, которые мы видим сегодня в реликтовом излучении, начинали свое путешествие, они находились всего в 42 миллионах световых лет от Земли. К настоящему времени расстояние между такой исходной точкой и Землей растянулось, по существующим оценкам, до 45,7 миллиарда световых лет. Это и есть край нашей видимой Вселенной, «космический горизонт» видимости. Но свет – это еще не все.

Хотя свет не мог пробраться сквозь космическую плазму, существовавшую во Вселенной в течение 378 000 лет после Большого взрыва, это могли сделать нейтрино. Эти частицы, по-видимому, не может остановить ничто (ну, или почти ничто – время от времени они сталкиваются с другими объектами, что и позволяет нам обнаружить их существование). Каждую секунду сквозь ваше тело пролетают триллионы никем не замеченных нейтрино. Поэтому, возможно, мы могли бы «заглянуть» чуть дальше в пространство, если бы смогли детектировать нейтрино, разделившиеся через две секунды после Большого взрыва. Может быть, мы смогли бы выделить космический нейтринный фон, хотя обнаружить его, по-видимому, очень трудно.

Как бы то ни было, Землю окружает сфера, представляющая тот горизонт, заглянуть за который нам не позволят даже самые совершенные и хитроумные телескопы, потому что свет и нейтрино – да и любая информация – из-за него еще не успели до нас дойти.

Этот космический горизонт расширяется с течением времени, позволяя нам смотреть все дальше и дальше в космос. Однако сделанное в 1998 г. открытие выявило тот тревожный факт, что на самом деле наши космические горизонты не расширяются все далее в пространство, а сжимаются. Хотя радиус космического горизонта растет с постоянной скоростью, материя космоса не просто расширяется, но, по-видимому, расширяется с возрастающей скоростью. И это расширение выталкивает объекты за пределы нашего горизонта, самым разрушительным образом влияя на объем того, что смогут знать будущие поколения.

Некоторые звезды заканчивают свое существование катастрофическим взрывом, который называют сверхновой. Светимость такого события так высока, что сверхновые можно видеть с огромного расстояния. Все взрывающиеся сверхновые класса Ia имеют одинаковую яркость независимо от того, в какой точке Вселенной они находятся. Сравнив это значение с их видимой яркостью, мы можем определить, на каком расстоянии от нас расположена такая сверхновая.

Если Вселенная расширяется с постоянной скоростью, то, зная расстояние от сверхновой до Земли, можно предсказать ожидаемую величину красного смещения с учетом такого постоянного расширения. Но, когда такое теоретическое красное смещение сравнили со значениями, измеренными для удаленных сверхновых, астрономы были поражены. Значения красного смещения не совпадали. При постоянной скорости расширения Вселенной красное смещение должно было быть гораздо большим. Скорость изменения красного смещения далеких галактик, свет которых позволяет нам заглянуть в прошлое, оказалась меньшей, чем та же скорость, измеренная для более близких галактик. Единственное возможное объяснение состоит в том, что расширение пространства было значительно более медленным в ранней Вселенной, а потом начало ускоряться, разрывая космос на части.

Судя по всему, около 7 миллиардов лет назад случилось нечто драматическое. Вплоть до этого момента расширение, по-видимому, замедлялось, как и следовало ожидать, с учетом тормозящего эффекта гравитационного воздействия содержащейся во Вселенной материи. Но затем, примерно в середине прошедшего на данный момент периода существования Вселенной, характер расширения изменился, и его скорость начала возрастать, как будто кто-то резко нажал на педаль газа. Ученые называют топливо, питающее это ускорение, темной энергией.

Насколько мы можем судить, в течение первой половины периода существования Вселенной плотность материи была достаточной для создания замедляющего гравитационного притяжения. Однако по мере расширения Вселенной эта плотность уменьшилась до такого уровня, на котором смогла вступить в игру скрытая до тех пор темная энергия. Считается, что плотность темной энергии не уменьшается с расширением. Согласно этой точке зрения, она является свойством самого пространства.

Если такое ускорение продолжится, это может иметь самые удивительные последствия. Сфера, заключающая в себе видимую Вселенную, увеличивается с течением времени, в результате чего мы должны видеть все большую и большую часть пространства. К сожалению, само это пространство расширяется так быстро, что звезды, находившиеся раньше внутри сферы видимой Вселенной, оказываются вытолкнуты за край этой сферы. Так что в будущем все галактики кроме нашей собственной должны исчезнуть из виду и навечно остаться за пределами сферы нашей видимой Вселенной. Хотя эта сфера и расширяется, скорость ее расширения никогда не будет достаточной, чтобы догнать галактики, уносимые от нас ускоряющимся расширением пространства.

Представим себе, что развитие жизни заняло больше времени и люди начали заниматься астрономией лишь после того, как все интересные объекты уже были вытеснены за горизонт. Наше представление об эволюции Вселенной было бы совершенно иным. Она выглядела бы как та статичная Вселенная, которую мы представляли себе до того, как наши телескопы смогли разглядеть другие галактики. Поэтому то, что мы можем знать, зависит от времени появления человека во Вселенной. Наши занятия астрономией стали возможны потому, что мы живем в особое время.

Астрономы отдаленного будущего не будут забираться на высокие горы и смотреть в телескопы, подобные тому, что стоит в обсерватории «Сфинкс». Вместо этого им придется обращаться к книгам и журналам, хранящим данные, собранные предыдущими поколениями астрономов прежде, чем то, что они наблюдали, было вытолкнуто за наши космические горизонты. Может быть, астрономия будущего будет лучше подходить подобным мне жителям долины Темзы, которые предпочитают высокогорным обсерваториям низинные библиотеки.

Стоит отметить, что звезд нашей Галактики мы не лишимся. Нашу Галактику скрепляет локальное гравитационное притяжение, воздействующее на близлежащие звезды. Расширения пространства недостаточно, чтобы растащить эти звезды в разные стороны, но оно заставляет задуматься о том, что уже успело исчезнуть из нашего поля зрения, которое могло бы быть совершенно иным.

Когда вы едете в автомобиле и хотите увеличить скорость, вы нажимаете на педаль газа: при сгорании топлива выделяется необходимая для ускорения энергия. Откуда же берется топливо, или энергия, обеспечивающая ускорение Вселенной, и может ли она в конце концов закончиться, как топливо в баке машины?

Ответа на этот вопрос мы не знаем. Темная энергия называется «темной» в том принятом в космологии смысле, что она, по-видимому, никак не взаимодействует со светом или другими формами электромагнитного излучения. Другими словами, обнаружить ее мы не можем. Существуют некоторые предположения о природе темной энергии. Одно из них касается космологической постоянной, которую, как известно, Эйнштейн вставил в свои уравнения, пытаясь сделать Вселенную статичной. Но теперь эту константу используют для расширения пространства. Обычно мы предполагаем, что энергия, распределенная в пространстве, расходуется или становится менее плотной по мере расширения этого пространства. Однако эту энергию считают сейчас свойством самого пространства. С увеличением пространства ее плотность не уменьшается – вместо этого дополнительно создается темная энергия. В каждом отдельном кубометре пространства она постоянна. Другими словами, она имеет фиксированную плотность. Ускорение представляет собой бесконтрольный, неостановимый процесс. Это не противоречит закону сохранения энергии, так как темную энергию рассматривают как энергию отрицательную, прирост которой уравновешивается увеличением кинетической энергии, сопровождающим расширение пространства.

Если расширение Вселенной будет продолжать ускоряться, то мы никогда не сможем получить информацию из-за пределов некоей сферы, в центре которой мы находимся. Информация распространяется со скоростью света. В статичной Вселенной это означало бы, что любая информация может достичь нас по прошествии достаточного времени. Во Вселенной, расширяющейся с постоянной скоростью, как показывает пример муравья на растягивающейся резиновой ленте, также следует ожидать, что любая информация, распространяющаяся по бесконечной Вселенной, рано или поздно доберется и до нас. Но в условиях ускоряющегося расширения существуют объекты, которые никогда не смогут преодолеть разделяющее нас пространство достаточно быстро, чтобы скомпенсировать это ускорение. В соответствии с современной оценкой космологической постоянной, предположительно определяющей это расширение, считается, что радиус сферы, из-за которой мы не сможем получить никакой информации, посланной в данный момент, равен сейчас 18 миллиардам световых лет.

По мере расширения пространства между звездами свет этих звезд претерпевает красное смещение, и чем больше растягивается пространство, тем большей становится длина волны света. Нам кажется, что звезды гаснут, когда длина волны света увеличивается настолько, что мы уже не можем его увидеть. Это же относится и к той части реликтового излучения, которую мы можем распознать: длины волн этих ранних фотонов растягиваются настолько, что обнаружить их становится почти невозможно.

Поражает воображение мысль о том, что в будущем, когда красное смещение реликтового излучения возрастет настолько, что его уже нельзя будет обнаружить, а галактики окончательно исчезнут из виду, у космологов может не остаться оснований считать, что мы живем в расширяющейся Вселенной. Возможно, цивилизации будущего вернутся к той модели Вселенной, в которую верили древние: в ней наша Галактика окружена пустотой, а все сущее содержится в бумажном икосаэдре, который я сделал, чтобы ориентироваться в космосе. Ничто не будет свидетельствовать об однородности Вселенной. Мы снова окажемся в исключительной точке мироздания, окруженной ничем.

Если Вселенная бесконечна, то вероятность существования чего-то, не поддающегося нашему познанию, кажется весьма высокой. Само устройство Вселенной, по-видимому, лишает нас надежды наблюдать такие явления. И все же Вселенная, находящаяся за пределами нашего горизонта видимости, может оставлять отпечатки в той части космоса, которая нам видна.

Если Вселенная конечна, это налагает ограничения на некоторые из возможных резонансов. Представим себе Вселенную в виде огромного резонатора наподобие корпуса моей виолончели. Форма виолончели подобрана так, чтобы резонансные частоты вибраций, возможных в таком корпусе, создавали приятное уху звучание. Собственно говоря, одним из отличий произведения Страдивари от виолончели фабричного изготовления является совершенство формы, которое создает более красивое звучание.

Одна из интригующих проблем, долгое время занимавшая математиков, сводилась к вопросу о возможности восстановления формы резонатора по резонансным частотам волн, вибрирующих в нем. В фундаментальной работе Марка Каца этот вопрос был сформулирован так: «Можно ли услышать форму барабана?» Например, существует особый набор частот, который может возникнуть только в квадрате. Однако в 1992 г. математики Каролин Гордон, Дэвид Уэбб и Скотт Уолперт создали две странные формы, которые имеют одинаковые резонансные частоты, хотя сами эти формы различны.

С точки зрения моих поисков края Вселенной, тут интересна возможность узнать от таких резонансов, конечна Вселенная или же бесконечна. Если взять конечный резонатор, то длины волн, которые могут резонировать внутри его, ограничены размером резонатора. Если же пространство бесконечно, такого ограничения быть не должно. В середине 1990-х гг. французский ученый Жан-Пьер Люмине с коллегами исследовали реликтовое излучение, пытаясь установить, какие волны остались после Большого взрыва. Согласно их результатам, в спектре недоставало больших длин волн. Значит ли это, что пространство недостаточно велико, чтобы поддерживать такие волны?

Более точные данные космического аппарата «Планк», опубликованные в 2013 г., не подтвердили сведений о недостающих длинах волн, которые свидетельствовали бы о конечности Вселенной. Так что вопрос пока остается открытым. И в этом заключается одна из проблем этой дилеммы: если Вселенная конечна, то мы, возможно, когда-нибудь сможем в этом убедиться; если же она бесконечна, мы обречены навечно оставаться в этом эпистемологическом тупике.

Хотя волны, обнаруживаемые в реликтовом излучении, ничего не говорят нам о том, конечна ли Вселенная, они могут позволить нам оценить ее минимальные размеры. Волны, которые мы можем обнаружить, дают нам реальный шанс заглянуть за наш космический горизонт. Как объяснили в своей статье 1978 г. советские физики Леонид Грищук и Яков Зельдович, некоторые волны могут резонировать, только если резонатор, внутри которого мы находимся, достаточно велик. Патрисия Кастро, Мариан Дуспис и Педро Феррейра, используя обнаружимые резонансы, заключили, что Вселенная по меньшей мере в 3900 раз больше видимой нами части пространства.

Другой способ получения сведений о пространстве, находящемся за пределами видимой нами Вселенной, заключается в наблюдении событий, которые могут происходить только под влиянием того, что существует по ту сторону нашего космического горизонта. Например, за ним может быть нечто крупное, притягивающее видные нам галактики и создающее необычные смещения в некоторых областях ночного неба. Хотя мы можем чего-то не видеть, мы тем не менее можем ощущать воздействие таких объектов на то, что мы видим. Именно так мы узнали о существовании темной материи. Гравитационное поведение видимых нами объектов можно объяснить только существованием дополнительной материи. Именно так мы открыли Нептун. Хотя в конце концов мы смогли увидеть его собственными глазами, его существование было сначала предсказано математически, по тому воздействию, которое он оказывает на окружающие планеты. Если за нашим космическим горизонтом существуют объекты, которые мы не можем увидеть, они тем не менее могут протягивать свои гравитационные щупальца внутрь доступного нам мира.

Когда я смотрю на представляющую этот мир бумажную модель Вселенной, стоящую на моем столе, меня поражает то, как мы – люди – становимся все меньше и меньше по сравнению с мирозданием. С тех самых пор, когда человек впервые взглянул в ночное небо, поколение за поколением только и занимается корректировкой нашего чувства масштаба. Сначала казалось, что Земля находится в центре мира. Потом нам пришлось пересмотреть свое положение в космосе, так как выяснилось, что в центре находится Солнце, а Земля – всего лишь одна из планет, обращающихся вокруг этого центра. Еще позже мы поняли, что все остальные звезды тоже могут иметь собственные планеты, а Солнце ютится на краю целой галактики таких звезд. Но потом мы были вынуждены еще раз переосмыслить свое место во Вселенной, чтобы как-то приспособиться к тому обстоятельству, что таких галактик в космосе – миллиарды. Млечный Путь не представляет собой ничего особенного.

Наверное, я бы смог привыкнуть к этим гигантским масштабам, хотя их практически невозможно полностью осознать. Но открытия, сделанные в течение моей жизни, уже после того, как я смирился со своим местом во Вселенной, принесли еще одно расширение горизонтов. Прошлые поколения выяснили, что наша планета – лишь одна из многих; теперь мы, по-видимому, должны признать, что и наша Вселенная может оказаться лишь одной из множества вселенных. Первые намеки на существование этих других вселенных проявились в довольно любопытной загадке, зашифрованной в самых первых фотонах, которые стали летать по нашей собственной Вселенной.

У реликтового излучения есть одна странность. Почему оно такое однородное? Спектр излучения, попадающего в наши детекторы, характеризуется одной и той же температурой – на 2,725° выше абсолютного нуля. Когда фотоны отправлялись в свое путешествие, приблизительно через 370 000 лет после Большого взрыва, у них была гораздо более высокая температура, около 3000°, при которой электроны и ядра объединялись в атомы. По мере расширения пространства фотоны охлаждались, то есть их энергия, определяемая частотой их колебаний, постепенно падала, пока не достигла нынешнего уровня, на котором мы обнаруживаем такие фотоны в микроволновой области электромагнитного спектра.

Но почему все фотоны имеют приблизительно одинаковую температуру? Когда два объекта с разными температурами вступают в контакт друг с другом, они передают энергию таким образом, что со временем их температура становится одинаковой. Это объяснение казалось бы подходящим, если бы не одно слово в предыдущем предложении – «контакт». Контакт возможен только со скоростью света. Расстояния в пространстве были такими, что для производимой со скоростью света передачи информации о температуре на другую сторону расширяющейся Вселенной не хватило бы времени.

Единственное кажущееся разумным объяснение таково: две точки пространства могли достичь одинаковой температуры, только если они были в течение достаточного времени расположены ближе друг к другу, чем предполагала наша модель расширяющейся Вселенной. В начале 1980-х гг. американский космолог Алан Гут предложил возможное решение этой проблемы. На ранних стадиях существования Вселенной расширение пространства не было быстрым. Сначала расширение происходило медленно, что и позволило пространству достичь единой температуры. После этого наступил этап чрезвычайно быстрого расширения пространства, называемый теперь стадией инфляции. Предполагается, что такая инфляция была вызвана антигравитационным, так называемым инфлатонным, полем, которое обеспечило экспоненциально быстрое расширение пространства. Согласно современной модели, стадия быстрой инфляции продолжалась недолго – всего около 10^–36 секунды, то есть одной миллиардной одной миллиардной одной миллиардной одной миллиардной доли секунды. Однако считается, что за это время инфлатонное поле увеличило пространство в 10⁷⁸ раз. Как будто бы было высвобождено накопленное давление, а после этого высвобождения скорость расширения Вселенной снизилась до более умеренного уровня, который мы с тех пор и наблюдаем.

Эта модель позволяет объяснить, почему Вселенная представляется нам плоской и по большей части весьма однородной. Наблюдаемые нами крупные отклонения от однородности – галактики и пустые пространства – на самом деле представляют собой результат мельчайших квантовых флуктуаций в малом участке пространства, раздутом этой чрезвычайно сильной инфляцией. Инфляцией также можно объяснить кажущуюся плоскостность Вселенной: она должна была разгладить практически всю заметную кривизну, существовавшую в ранней Вселенной.

Математический аппарат, который разработали для объяснения такой инфляции Андрей Линде, работающий сейчас в Стэнфорде, и Александр Виленкин из университета Тафтса, приводит к поразительному предсказанию. Из него следует, что инфляция может не быть одиночным событием: инфляция пространства, подобная произошедшей в нашей Вселенной, могла случиться и в других областях космоса. Квантовые флуктуации, происходящие во всем пространстве, приводят к возникновению в некоторых местах инфлатонного поля, создающего огромные вселенные. Иначе говоря, могут существовать и другие вселенные, подобные нашей, а пространство тогда должно быть похоже на швейцарский сыр, дырки в котором соответствуют разным вселенным.

Сможем ли мы когда-либо узнать, насколько справедливо такое описание Вселенной? Не сочиняем ли мы внутренне непротиворечивые теории, которые даже могут соответствовать истине, однако не поддаются никакой проверке? Возможности нашего познания, по-видимому, ограниченны даже в нашей собственной Вселенной. Как же можно даже надеяться выяснить, существуют ли эти другие вселенные в реальности или только в фантазиях физиков-теоретиков?

Исследования существования таких других вселенных сосредоточены на возможности их взаимодействия с нашей Вселенной, в ходе которого они могли бы оставить какие-либо следы. Можно ли получить от реликтового излучения свидетельства того, что наша Вселенная в процессе своего формирования сталкивалась с другими вселенными? Высказывались предположения о том, что такими столкновениями могли быть вызваны перепады температур на карте ранней Вселенной, но, как признает одна из исследовательских групп Университетского колледжа Лондона, изучающая такую возможность, «одна из многочисленных дилемм, с которыми сталкиваются физики, состоит в том, что человек очень хорошо умеет выискивать закономерности в данных, которые могут быть результатом простого совпадения». Тем не менее эти исследования не лишены надежды. Обнаружение свидетельств существования соседних вселенных не является заведомо недостижимой целью. Такое знание может быть возможно. Трудность состоит в выяснении того, каким образом эти другие вселенные могли воздействовать на то, что не выходит за пределы нашего горизонта видимости.

Одно из интригующих последствий существования таких потенциально непознаваемых вселенных за пределами нашей собственной состоит в том, что оно может объяснить одну из изначальных причин, которыми было вызвано создание Бога. Если предположить существование множественных вселенных, то это предположение будет наилучшим на данный момент решением тревожащей нас проблемы, что наша местная Вселенная могла быть создана по некоему замыслу.

Я говорю не об иллюзии биологического замысла, лежащего в основе жизни: эта иллюзия возникла в свое время в связи с ограниченностью наших знаний о случайности и огромных временных масштабах. Дарвиновская эволюция устранила потребность в таком замысле. Внутренние механизмы нашей Вселенной вполне достаточны для создания тех замечательных структур, которые существуют на нашей планете.

Дарвин чрезвычайно эффективно разделывается с потребностью в сверхъестественном замысле для объяснения того разнообразия жизни, которое мы видим вокруг. Когда имеешь простой механизм – дарвиновскую эволюцию, – который объясняет сложность жизненных форм, Бог уже не нужен. Чего у нас, однако, нет, так это простого объяснения природных констант – приблизительно двух десятков чисел, таких как масса электрона, гравитационная постоянная, скорость света, заряд протона, – которые так точно подходят для обеспечения возможности появления и развития жизни. Хотя у нас есть механизм, объясняющий биологию, аналогичных средств объяснения физики у нас нет.

Кажется, что никакой ясной рациональной причины, по которой эти константы имеют именно такие значения, не существует. Почему нельзя настроить их на другие значения? Особенно поражает то, насколько возможность существования жизни в нашей Вселенной чувствительна к малым изменениям этих параметров. Например, если бы константа, которая определяет поведение электромагнитного поля, изменилась всего на 4 %, то происходящий в звездах термоядерный синтез не смог бы производить углерод – и в основе любых форм жизни, существующих в такой вселенной, должны бы были лежать другие атомы. Как выясняется, некоторые другие константы столь же чувствительны к малым отклонениям. Стоит изменить космологическую постоянную в 123-м знаке после запятой, и существование пригодных для жизни галактик внезапно становится невозможным.

В этом состоит одна из причин, по которым лежащее за пределами нашего космического горизонта неизвестное с его множественными вселенными может содержать решение этой дилеммы. В модели, в которой существует множество разных вселенных, фундаментальные константы каждой из них могут быть определены случайным образом. В большинстве случаев в таких вселенных не будет почти ничего интересного, потому что их сочетания констант не будут благоприятны для какого-либо развития. Но в некоторых из таких миров могут найтись удачные комбинации констант, при которых атомы начинают процесс, приводящий в конце концов к возникновению жизни. Разумеется, чтобы наблюдать такую вселенную, мы должны находиться в одной из таких вселенных. Это положение известно под названием антропного принципа.

Мне кажется, что ученые в большинстве своем надеются получить более удовлетворительный ответ на вопрос, почему наша Вселенная именно такая, продемонстрировать, что значения констант не случайны, что все именно так, как и должно быть. В отсылке к концепции множественных вселенных видится некое жульничество, как будто мы просто ленимся постараться как следует и заполняем этот пробел идеей, которую, по всей вероятности, никогда не сможем проверить.

Но может быть, так оно и есть на самом деле и нам следует просто смириться и принять модель множественных вселенных. Например, Земля – это всего лишь случайная планета, оказавшаяся в условиях, оптимальных для развития жизни. Вряд ли мы сможем выяснить, по каким именно причинам она в них оказалась. Существует множество планет, у которых это не получилось. Если мы принимаем существование множественных планет в качестве объяснения жизни, почему бы не согласиться и с существованием множественных вселенных, объясняющим законы физики?

Я лично надеюсь, что мы сумеем объяснить, почему Вселенная именно такова, не прибегая к идее множественных вселенных. В конце концов, может существовать причина, по которой именно эта Вселенная оказывается наиболее естественной. Большинство ученых также предпочло бы получить такой ответ. Устойчивый мыльный пузырь имеет удивительно совершенную форму. Существует множество других трехмерных форм, которые он мог бы принимать. Почему он выбирает именно эту? Ответ нам известен. Математика говорит, что его форма обладает самой низкой энергией из всех возможных форм. Объяснение, которое мы ищем, должно показать, почему форма нашей Вселенной также предпочтительна с научной точки зрения.

Но Вселенная, вероятно, не похожа на мыльный пузырь. Возможно, она ближе к карандашу, поставленному на заточенный конец и отпущенному. Число направлений, в которых он может упасть, бесконечно. Ни одно из них не является наиболее предпочтительным. Выбор направления – и выбор вселенной – определяет случайность (воплощенная в квантовых флуктуациях).

Кое-кто предлагает альтернативное решение: трансцендентное сознание, осуществляющее тонкую настройку всего мироздания. Но это кажется еще большим жульничеством. Почему идея множественных вселенных более удовлетворительна с точки зрения науки? Дело в том, что теория множественных вселенных обладает – хотя и в несколько странном виде – той экономичностью, которую мы считаем признаком хорошей теории. Казалось бы, такое качество – последнее, чего можно ожидать от теории, требующей существования множественных вселенных. Но привлекательна в ней экономичность объяснения. Ее объяснение окончательно и не требует дальнейших объяснений. Добавление новых вселенных – это всего лишь повторение уже известного с некоторыми вариациями. Не происходит ничего принципиально нового, но включение всех этих вселенных в общую картину позволяет полностью разрешить проблему тонкой настройки. Гипотеза о существовании инженера-конструктора, который занимается тонкой настройкой констант, ставит не меньше новых вопросов, чем дает ответов на старые.

Хорошая научная теория должна представлять собой экономичную гипотезу, объясняющую, как построена общая картина; она не должна нуждаться в чрезмерном количестве дополнительных персонажей для построения истории, соответствующей нашему опыту. В пользу теории множественных вселенных говорят именно ее простота и естественность. Поскольку физическая природа инфляции допускает существование механизма образования таких вселенных, эта теория не сводится просто к экстравагантной гипотезе. Но использовать простоту и экономичность в качестве критериев оценки правдоподобия теорий следует с осторожностью.

Если вас спросят, каким должно быть следующее число в последовательности

1, 2, 4, 8, 16, …,

то очевидным ответом будет 32. Самой распространенной будет догадка, что в основе последовательности лежит удвоение ее членов. А что бы вы сказали человеку, заявившему, что следующее число – 31? Над ним бы, наверное, посмеялись. Но, если уточнить, что эти числа могут описывать количество способов, которыми можно разделить круг, оба ответа – 31 и 32 – становятся возможными правильными решениями. Поэтому, чтобы выбрать, какое из решений лучше всего подходит к данному случаю, имело бы смысл попросить дополнительные экспериментальные данные.

Отметим на окружности n точек и проведем линии, соединяющие каждую из точек со всеми остальными. На сколько частей можно разделить круг таким образом? Максимальное число частей, получаемое начиная с одной точки, отвечает этой последовательности: 1, 2, 4, 8, 16, – как вдруг в случае шести точек получается неожиданный результат: максимальное число частей равно 31.

Самое интересное, что, сколько бы мы ни добавляли новых данных, всегда можно найти уравнение, из которого будет логично следовать, что следующим правильным ответом может быть любое число. Поэтому, имея конечный объем данных, мы, по-видимому, никогда не сможем узнать истинное объяснение наших данных, пока не получим следующую порцию информации, на которой можно будет проверить наши уравнения. Такова модель науки, предложенная философом Карлом Поппером: теория может быть только опровергнута, но не доказана.

Оценивая качество теории, ученые часто применяют некие меры естественности, бритву Оккама, которая позволяет сравнивать привлекательность разных уравнений. Чем проще уравнение, чем меньше параметров в него нужно ввести, чтобы получить ответ, тем более привлекательным в общем случае выглядит данное объяснение. Именно поэтому наиболее очевидной закономерностью этого ряда чисел большинству людей кажется удвоение, а не многочлен четвертой степени, дающий число частей круга.

Поэтому при наличии выбора между двумя конкурирующими теориями, когда никаких аргументов в пользу той или другой из них нет, мы, по-видимому, склонны выбирать более простую теорию. В философии эта концепция называется «выводом к наилучшему объяснению» или теорией абдукции. Однако нет никаких оснований полагать, что простота гарантирует истинность.

Почему простоту, экономичность или красоту можно считать критерием близости к истине? До некоторой степени об этом говорит наш опыт. То, что мы ассоциируем красоту с истиной, есть следствие запрограммированной в нас эволюцией реакции – выброса дофамина – на появление идей, которые, как мы думаем, помогают нам существовать в нашей среде. Мы считаем что-то красивым, потому что наш организм реагирует таким образом на то, что способствует нашему эволюционному выживанию.

Что происходит, когда высказываются альтернативные теории? Как разговаривать с человеком, верящим, что Вселенная возникла 5775 лет назад? Если рассказать ему о палеонтологической летописи, он ответит, что Вселенная была создана старой. Он создает для себя теорию, внутренне логическую и непротиворечивую, но крайне маловероятную, с моей точки зрения. Чрезвычайно трудно спорить с людьми, выдвигающими гипотезы, которые невозможно проверить.

Мы все больше и больше смещаемся к научным теориям эволюции Вселенной, которые могут оказаться недоступными для проверки. Если предложить теорию, предсказывающую существование новых частиц, но не уточняющую, при каких энергиях такие частицы могут быть обнаружены, то никакие данные не смогут убедить сторонников этой теории в их неправоте: они всегда смогут возразить, что их гипотетические частицы существуют в той области, которую мы еще не смогли исследовать.

По мнению некоторых, нынешняя непроверяемость теории множественных вселенных делает ее такой же фантазией, как идея сверхъестественного конструктора, занимающегося тонкой настройкой мироздания. Хотя в данный момент мы никак не можем проверить теорию множественности вселенных, нет никаких априорных причин, по которым она должна навечно остаться непроверяемой. То же касается и теории струн, которой часто отказывают в звании научной теории на том основании, что из нее не следует предсказаний, которые можно было бы проверить. Но это не повод ее отбрасывать, поскольку и оснований считать, что она так и останется непроверяемой, тоже нет.

Теория множественных вселенных, хотя она и непроверяема, определяет механизм возникновения таких новых вселенных – инфляцию. Кроме того, мы по меньшей мере имеем свидетельства существования одной из множественных вселенных – нашей собственной. Один из критериев научности теории состоит в том, что ее объяснения должны быть основаны на естественном, а не сверхъестественном. Предполагая наличие новых сущностей – таких как «темная энергия» или «гравитация», – необходимо встроить их в естественный мир. Как это сделать? Нужно показать, как они влияют на прочие сущности, которые мы видим вокруг себя.

Другой критерий научности состоит в возможности поставить опыт, в котором теорию можно проверить. Одна из проблем космологии состоит в том, что она имеет дело с одноразовым опытом. Запустить еще один Большой взрыв и посмотреть, что получится на этот раз, довольно затруднительно. Тем не менее можно воссоздать условия Большого взрыва в меньшем масштабе на Земле и составить представление о физике большого космологического события. Однако с учетом того, что мы остаемся при этом внутри физической реальности, созданной им, непонятно, как можно было бы проверить на опыте другие физические теории, использующие другие физические константы или даже другие законы физики, которые могли возникнуть в другие моменты образования Вселенной.

Поскольку об экспериментах речи быть не может, основным догматом космологии является концепция однородности. По необходимости предполагается, что то, что происходит в нашей области Вселенной, справедливо и для всей ее структуры. Без этого предположения возможно все что угодно. Мы предполагаем, что искривление пространства, существующее вблизи нас, существует и повсюду во Вселенной, но это может быть и не так – тут мы подобны жителю полусферической планеты, который считает всю свою планету плоской, пока не доберется до места, в котором ее кривизна изменяется.

Если не предполагать однородности Вселенной, как можно исключить вероятность того, что за нашим горизонтом видимости существует нечто, отличающееся от всего известного нам самым разительным образом? Может быть, кто-то скачал нашу Вселенную с веб-сайта и склеил ее, как я склеил свою небесную сферу. Может быть, наш мир – всего лишь кукольный домик какого-то сверхъестественного существа; сверхъестественного в том смысле, что оно существует вне нашей Вселенной. Если такое сверхъестественное существо никогда не играет в свой кукольный домик, неясно, сможем ли мы когда-нибудь узнать о его существовании. Но если оно действительно никак не влияет на наш мир, то эта идея представляется довольно странной. Нужно ли нам такое буйство воображения? А вот если это сверхъестественное существо все-таки играет в свой кукольный домик и как-то взаимодействует с ним, то мы готовы попытаться проверить эту идею – и тогда такая картина мира становится потенциально познаваемой.

Поразительно, как часто в ходе истории человечества космология пересекалась с религией. Вопрос о том, что может лежать за пределами Вселенной, всегда интересовал как естествоиспытателей, так и богословов. По мнению средневекового философа Орема, там скрывается Бог. В большинстве религий существует миф о сотворении космоса. Австралийские аборигены считали, что все сущее явилось из брюха Радужного змея. У современных ученых эту роль играет Большой взрыв. Конфликт Галилея с католической церковью был вызван его сомнениями в существовавшем тогда представлении о нашем месте в космосе. Однако принятую ныне в науке теорию о возникновении космоса из Большого взрыва предложил именно католический священник, Леметр.

Даже в наше время космология и религия то и дело пересекаются, порой противореча друг другу. В 1972 г. сэр Джон Темплтон, британский предприниматель американского происхождения, учредил премию своего имени, которая должна была присуждаться за «успехи в религии». Со временем она превратилась в премию «за успехи в исследовании или открытия в духовной жизни». Ее лауреаты получают крупное денежное вознаграждение, составляющее сейчас 1 200 000 фунтов. Темплтон особо указал, что его премия должна быть больше Нобелевской, которая, по его мнению, несправедливо игнорировала духовные аспекты.

Многие из лауреатов этой премии не вызывают никакого удивления. Первая Темплтоновская премия была присуждена матери Терезе. Впоследствии ее получали священники, проповедники, раввины и далай-лама. Но в последние годы в рядах лауреатов премии стало появляться все больше ученых, причем этой чести неизменно удостоивались ученые, занимающиеся космологией и великими загадками Вселенной.

Однако многие ведущие ученые выступали с критикой тех, кто принял эту премию, – по их мнению, она поддерживала духовный или религиозный подход к решению научных задач. Одним из таких критиков был мой предшественник Ричард Докинз, который заявил, что премию обычно дают «ученому, который готов сказать что-нибудь хорошее о религии». Вот что писал о причинах, по которым он отказался от финансирования своих исследований за счет Фонда Темплтона, физик Шон Кэрролл: «Речь не идет об этическом компромиссе; это скорее вопрос создания нежелательного впечатления. Каждый раз, когда авторитетные ученые принимают деньги от Темплтона, они поддерживают – хотя бы и косвенно – своим авторитетом идею о том, что наука и религия – всего лишь разные пути к одной и той же окончательной истине».

Мне очень хотелось поговорить с космологом, который все же согласился принять эту премию. Профессор Джон Барроу, работающий на кафедре прикладной математики и теоретической физики в Кембридже, получил Темплтоновскую премию в 2006 г. Его ответ на мое письмо прямо касался вопроса о причинах важности космологии для моей концепции Бога как того, чего мы не можем знать: «Большинство фундаментальных вопросов космологии не имеют ответа. Собственно говоря, о некоторых из них я буду говорить на лекции в следующую субботу».

Отлично. Там-то я и услышу, чего, по мнению космологов, они не могут знать. По мере того как Барроу переходил от одного вопроса к другому, я, сидя в первом ряду аудитории, начал понимать, как мало мы, по-видимому, сможем когда-либо узнать о Вселенной. Барроу продолжал показывать непременные красивые картинки, которыми астрономы усеивают свои доклады, подтверждая накопившиеся у меня опасения о том, сколь мало то, что мы можем знать о нашей Вселенной.

Большой взрыв: «Нам кажется, что Вселенная возникла конечное время назад: в этот момент ее плотность была бесконечной, и ее температура была бесконечной. Было ли такое начало на самом деле, мы не знаем».

Размеры Вселенной: «Нет сомнений в том, что значительная часть Вселенной находится за нашим горизонтом видимости, но мы ее не видели и почти всю эту часть никогда и не увидим. Поэтому когда возникает вопрос, было ли у Вселенной начало, или конечна она, или бесконечна, мы никогда не сможем ответить на такие вопросы обо всей Вселенной».

Когда я встретился с Барроу после лекции и спросил, как ученые, подобные ему, могут принимать Темплтоновскую премию, он объяснил мне, почему, как он считает, Фонд Темплтона финансирует и награждает космологов. «Наука нравилась сэру Джону Темплтону потому, что она связана с прогрессом. Он считал, что космология работает над глубокими и важными вопросами, о которых нужно знать всем, чем бы они ни занимались – философией, религией, богословием… Нельзя заниматься этими предметами, не зная, что происходит в других областях науки».

Барроу считает, что вопрос о противоречиях между наукой и религией следует формулировать гораздо более точно:

«Тем, кто интересуется взаимодействием науки и религии, нужно усвоить, в частности, что сначала надо определить, о какой именно науке идет речь, – потому что взаимодействие может быть очень разным.

Космология и фундаментальная физика имеют дело со всеми этими великими вопросами, на которые заведомо не будет ответов. Там все привыкли к неопределенности, к незнанию и, до некоторой степени, к пониманию причин такого незнания. Те, кто работает в лаборатории, физики или биологи вроде Докинза, не привыкли к такой ситуации. Они считают, что любую задачу можно решить, если залезть в нее достаточно глубоко».

Не то чтобы Барроу пытался принизить то, чем они занимаются:

«Все думают, что самые сложные задачи у тех, кто изучает Вселенную. Ничего подобного. Например, понять, как работает мозг, гораздо труднее. Он гораздо сложнее. В космологии все происходит медленно, и для понимания есть удобные приближения. Можно взять простое симметричное решение и обрабатывать его, итерацию за итерацией. С человеческим обществом такого не сделаешь. Там вообще нет простых моделей».

Однако Барроу считает, что у той области науки, в которой работает он, есть явные отличия:

«В фундаментальной физике и космологии заранее известно, что некоторые задачи решить нельзя. Почему вообще существуют законы природы? Вопрос о числе измерений пространства и времени. Вопрос о существовании множественных вселенных. Была ли изначальная сингулярность? Бесконечна ли Вселенная? Можно придумать массу вопросов, на которые никто никогда не даст ответа. И это создает сложность другого рода».

Барроу получил Темплтоновскую премию именно за работу, в которой он выделил неустранимые ограничения научного исследования. Существует все усиливающаяся тенденция считать, что наука в конце концов сумеет заполнить все пробелы в знании, и Барроу прилагает все усилия, чтобы несколько охладить такую веру в могущество всезнающей науки:

«Вселенная устроена не ради нашего удобства. Она не есть упражнение в философии науки. Мы действительно не можем познать все это – и с этим ничего не поделаешь. Собственно говоря, мне казалось бы крайне подозрительным, если бы наши методы позволяли найти ответы на все эти фундаментальные вопросы. По-моему, такая ситуация была бы антикоперниканской. Поэтому то, что мы не можем решить некоторые задачи или не можем получить нужные нам данные, кажется мне коперниканским аспектом положения вещей».

По мнению Барроу, мы должны признать, что наше видение Вселенной чрезвычайно сильно искажено:

«Астрономия по большей части основана на наблюдении объектов, которые светятся в темноте, – звезд удаленных галактик, так называемой светящейся материи. Обычное вещество, из которого состоим мы и светящиеся звезды, составляет всего 5 % Вселенной. Светящаяся материя дает довольно необъективную картину. Она рассказывает о тех местах Вселенной, в которых плотность вещества настолько высока, что могут возникнуть ядерные реакции, вызывающие свечение».

В некоторой степени это относится и ко всей науке в целом. Наше видение Вселенной искажено в пользу того, что воздействует на наши органы чувств. Того, что на них не воздействует, мы просто не замечаем.

«Если бы мы жили на планете, постоянно покрытой облачностью, – скажем, на планете Манчестер, – у нас не было бы никакой астрономии. Зато мы могли бы много чего узнать о метеорологии».

Барроу считает, что космология очень сильно отличается от других наук – например от физики или гуманитарных дисциплин – и именно в этом может быть основная причина ее тесной связи с богословием.

«С точки зрения космолога, одно из отличий состоит в том, что ученые-естественники привыкли ставить опыты, проверять теории. Со Вселенной опыта не поставишь. Ее приходится принимать такой, какая она есть».

Многие современные ученые соглашаются с философским тезисом Карла Поппера о невозможности доказательства справедливости научной теории. Можно только попытаться опровергнуть такую теорию. Предположим, что все лебеди белые. Доказать это невозможно. Можно только опровергнуть эту теорию, обнаружив черного лебедя. Согласно взглядам, изложенным в книге Поппера, никакая теория, которая в принципе не может быть опровергнута, не может быть научной. Значит ли это, что из невозможности экспериментов в космологии следует, что целые ее разделы ненаучны? Барроу не собирается так быстро сдаваться:

«Философия науки, предлагаемая Поппером, невероятно наивна. Она неприменима к астрономии, так как, когда мы делаем наблюдения, мы не знаем, корректно ли они произведены. Поэтому предсказания могут быть опровергнуты просто потому, что кто-то ошибся в своем эксперименте. Или, что еще более вероятно, потому что в методе сбора данных содержались какие-то искажения».

Существование черных лебедей должно быть довольно сокрушительным ударом по теории, утверждающей, что все лебеди белые. Однако в менее прямолинейных случаях может быть гораздо менее очевидно, содержится ли ошибка в теории или в экспериментальных данных, и потому чересчур поспешно отбрасывать теории не следует. Может быть, этот лебедь извалялся в угольной пыли как раз перед тем, как мы его увидели.

Барроу считает, что у космологии могут быть свои черные лебеди:

«Ключевым моментом в разрешении всех этих фундаментальных вопросов, когда все действительно может измениться так, как у нас с нашими размышлениями никогда не получится, мог бы быть контакт с какой-нибудь высокоразвитой внеземной цивилизацией, развивавшейся независимо от нас, чтобы можно было узнать, что они думают о некоторых из этих вопросов. Используют ли они те же математические методы? Устроена ли их физика так же, как наша? Можем ли мы понять их определение фундаментальных констант? Что они думают об этих основных вопросах? Вот это был бы момент чрезвычайной важности – и именно в этом заключается главная причина, по которой с инопланетянами следует вступать в контакт».

Я думал, что возможность такого контакта, в котором можно получить от более развитой цивилизации ответы на главные вопросы, должна радовать Барроу. Но он меня удивил:

– С точки зрения науки это было бы катастрофой. Если бы мы вступили в контакт с высокоразвитой цивилизацией, которая дала бы ответы на все вопросы, которые мы когда-либо задавали, мы просто вышли бы из игры. Никакого смысла заниматься наукой после этого не останется. Это все равно что заглянуть в конец задачника и прочитать там все ответы.

– И вы бы так не сделали?

– По-моему, это была бы катастрофа.

Так же, как Мелисса Франклин, работающая в области физики элементарных частиц, отказалась нажимать на кнопку, дающую полное знание, на нашем втором «рубеже», Барроу не хочет подсматривать ответы в конце учебника. Однако в отличие от Франклин Барроу уверен, что существуют вопросы, на которые никогда не сможет ответить даже самая высокоразвитая цивилизация. Эти страницы в конце задачника навечно останутся пустыми.

«Плохая новость заключается в том, что в космологии есть неизвестное неизвестное – то, чего мы никогда не сможем познать, даже если мы и подозреваем, что можем знать о его существовании».

Многие полагают, что знание о существовании непознаваемых вопросов должно делать человека агностиком. Поэтому мне было интересно узнать мнение Барроу о вопросе существования Бога. Кто он – агностик? Атеист?

– На самом деле христианин.

Этого я не ожидал. Я много раз слышал выступления Барроу, прочел многие его книги, но в отличие от Полкинхорна (при виде которого сразу бросается в глаза его пасторский воротник) он не афиширует свой выбор. Хотя я, наверное, тоже делаю такой выбор, когда заявляю о своем атеизме. Я не считаю, что отказ от определенной позиции – единственная логическая реакция на существование неразрешимых вопросов.

Наша вера в возможные ответы на неразрешимые вопросы может влиять на наше поведение. Возьмем, например, проблему бесконечности Вселенной. Вполне возможно, что мы никогда не сможем найти ее решение. Значит ли это, что по данному вопросу следует занимать агностическую позицию?

Существует мнение, что тут было бы разумно использовать логику пари Паскаля. Если Вселенная бесконечна, мы (вероятно) никогда об этом не узнаем. Но если Вселенная конечна, то существует вероятность, что мы когда-нибудь узнаем об этом. А раз так, не лучше ли верить в конечность Вселенной? В конце концов, если Вселенная бесконечна, то ошибочность этой веры никогда не сможет быть доказана, а в противном случае могут появиться доказательства ее правоты.

Но что, если бесконечная Вселенная создает более интересные условия для жизни? Из идеи бесконечной Вселенной можно вывести некоторые довольно захватывающие следствия. Одно из них состоит в существовании бесконечного числа вас, читателя этой книги. Психологический эффект этого вывода из веры в бесконечность Вселенной может повлиять на вашу жизнь самым решительным образом.

Мне кажется, что именно поэтому я отвергаю исходную формулировку пари Паскаля о существовании Бога (или, выражаясь современным языком, сверхъестественного разума, создавшего Вселенную) и выбираю атеизм. В конечном счете этот выбор определяет мой образ жизни. Я не спорю с тем, что я, возможно, никогда не узнаю ответа на этот вопрос, но допущение такого безудержного полета воображения в реальность моей жизни означало бы возникновение слишком многих других фантастических возможностей. Это противоречит моей природной склонности к поиску наилучших объяснений. Вера в существование множественных вселенных означает создание многих экземпляров того же самого с небольшими вариациями. Возможно, это не самое лучшее объяснение, но оно лучше всех прочих.

Это рассуждение основано на нескольких допущениях. Первое из них происходит из квантовой физики: предположим, что все во Вселенной квантуется. Это означает, что в конечной области пространства существует лишь конечное число точек и они могут принимать лишь конечное число разных значений.

Упрощенная версия такой вселенной похожа на бесконечную шахматную доску, каждая клетка которой может быть либо черной, либо белой. Выделим некий участок этой шахматной доски, представляющий все разнообразие жизни – в том числе и вас, читатель. Предположим, например, что это участок размером 10 × 10 клеток, которые образуют определенный черно-белый рисунок.

В одной из моделей бесконечной вселенной за пределами такого участка размером 10 × 10 все покрыто черным цветом. Как пустота. Поэтому нам нужно какое-нибудь другое предположение. Оно состоит в том, что любые другие распределения клеток могут возникнуть с равной вероятностью. Ни один из рисунков не имеет преимуществ перед другими. Поскольку число возможных рисунков конечно, а число участков размером 10 × 10 во вселенной бесконечно, то, если наш рисунок встречается конечное число раз, должен существовать другой рисунок, встречающийся бесконечное число раз и, следовательно, бесконечно более вероятный, чем наш, – что противоречит нашей второй предпосылке. Следовательно, наш рисунок должен бесконечно повторяться во вселенной такой шахматной доски.

Покидая кабинет Барроу, я чувствовал себя довольно подавленно. Я искал то, чего мы не можем знать, но теперь я начал сомневаться, можем ли мы вообще знать хоть что-нибудь. Пока я ехал домой, одно предложение из книги Барроу продолжало звучать в моих ушах: «Идея невозможного включает для многих сигнал тревоги. Любое предположение, что человеческое понимание Вселенной и научный прогресс могут быть чем-то ограничены, является для некоторых опасным мемом, подрывающим веру в могущество науки в целом».

Если вернуться к «рубежам», которые мы рассмотрели раньше, ничто в них не кажется таким же неразрешимым, как вопрос о конечности или бесконечности Вселенной. Теория хаоса утверждает, что будущее непознаваемо, но мы можем подождать, пока это будущее не станет настоящим, и познать его. Деля на части игральную кость, можно дойти до того уровня, на котором пространство оказывается квантованным, так что до неделимого возможно дойти всего лишь за конечное число шагов. Конечно, продвижение по этой лестнице, ведущей вниз, может оказаться практически невозможным, но эта задача не является принципиально неразрешимой. А принцип неопределенности Гейзенберга не столько не позволяет нам получать ответы, сколько заставляет задуматься, правильно ли сформулированы наши вопросы. Проблема не в том, что мы не можем одновременно знать положение и импульс; открытие заключается в том, что задавать этот вопрос вообще бессмысленно.

Однако вопрос о бесконечности Вселенной не кажется неверно сформулированным. Либо Вселенная бесконечна, либо нет. Если она бесконечна, то с учетом того, что мы узнали о том космическом горизонте, за пределами которого мы ничего не можем знать, действительно трудная задача состоит в том, чтобы придумать способ узнать об этом.

Но тут меня посетило озарение. Возможно, вопрос о бесконечности Вселенной не столь непознаваем, как кажется. Не могут ли существовать менее прямые методы, которые могли бы привести нас к заключению о том, что Вселенная бесконечна? Ответ может находиться в моей собственной области. Математика была до сих пор чрезвычайно мощным телескопом для исследования Вселенной. Нельзя ли показать, что предположение о конечности Вселенной приводит к математическому противоречию с известными законами физики? Тогда нам пришлось бы заключить, что Вселенная бесконечна – или что наши законы физики неверны. В конце концов, именно так мы открыли иррациональные числа, десятичное разложение которых продолжается бесконечно и никогда не повторяется.

В этом и состоит могущество математики: она позволяет конечному мозгу познать бесконечное. Пифагорейцы показали, что длина диагонали единичного квадрата выражается числом, которое нельзя записать в виде отношения целых чисел. Такая длина может существовать, только если существуют числа, которые могут быть выражены лишь бесконечной и не повторяющейся десятичной дробью. Может быть, существование бесконечной Вселенной тоже когда-нибудь будет доказано при помощи того же средства, которое помогло нам открыть иррациональные числа, – доказательства от противного.

Возможно, истинный вывод состоит в том, что мы не можем знать, что такое «то, чего мы знать не можем», потому что предугадать появление новых идей, которые смогут перетянуть неизвестное в известное, чрезвычайно трудно. Так, вопреки заявлению Конта, мы смогли выяснить, из чего сделаны звезды.

Хотя та Вселенная, которую я когда-либо смогу увидеть или исследовать, так же конечна, как бумажная модель, стоящая у меня на столе, возможно, нам не следует слишком быстро поддаваться искушению непознаваемого. Может быть, математические телескопы разума однажды позволят нам пробить бумажный свод и узнать, действительно ли он окружен бесконечным пространством космоса.