Глава 12
Наука о младенчестве вселенных сама переживает младенчество
О необычной судьбе Стивена Хокинга журнальные статьи и телепередачи упоминали уже в 1970-х. Под конец 1980-х, когда вышла “Краткая история времени”, чуть ли не каждое издание в мире стремилось написать о нем. Репортеры и фотографы подкарауливали Хокинга повсюду. “ДЕРЗНОВЕННЫЙ ФИЗИК ПРОНИК В ЗАМЫСЕЛ БОГА” – вопили заголовки. Его портрет появился на обложке Newsweek с подписью “ПОВЕЛИТЕЛЬ ВСЕЛЕННОЙ” на пестром фоне туманностей и звезд. В 1989 году у Хокинга и его родных брали интервью для шоу ABC 20/20, в Англии вышла посвященная лично ему передача: “Повелитель вселенной: Стивен Хокинг”. Это уже нельзя было назвать успехом или славой – Стивен превратился в культовую фигуру, в суперзвезду. Перешел в один разряд с героями спорта и рок-музыкантами.
Для Джейн Хокинг главным достижением было, “что мы сумели остаться единой семьей, что наши дети так хороши, что Стивен все еще может жить дома и заниматься своей работой”. Миру ничего не было известно о Джонатане Джонсе и об Элейн Мейсон, и оба Хокинга предпочитали держать свои тайны под спудом.
Продолжался град академических наград: еще пять почетных докторских степеней, еще семь международных премий, среди них в 1988 году – премия Вольфа. Эта крупная денежная премия, выплачиваемая израильским фондом, по престижности уступает лишь Нобелевской. В тот же год другой ученый из Кембриджа, Кристофер Полдж, получил премию Вольфа в области сельского хозяйства, и он со своей женой Оливией, как и Хокинги, приехал на торжество в Израиль. В одном интервью Стивен откровенно заявил, что не верит в Бога: “В моей вселенной места для Бога нет”. Джейн едва смолчала: здесь, в Иерусалиме, где все было полно для нее глубочайшего смысла, слышать подобные высказывания было особенно больно.
Роберт тем временем изучал физику и участвовал в соревнованиях по гребле вместе с командой кембриджского Корпус-Кристи. В одной из телепередач показали, как лодка Роберта несется по реке, а все близкие, в том числе Стивен своим синтезированным голосом, подбадривают юношу с берега. Люси подумывала об артистической карьере. Она играла в поставленном Кембриджским молодежным театром спектакле “Собачье сердце” – советской политической сатире 1920-х годов. Труппу пригласили на гастроли в Лондон и Эдинбург. Лондонские гастроли совпадали по времени со вступительными экзаменами в Оксфорд, и Люси решила обойтись без экзаменов в надежде, что ее возьмут на основании хороших выпускных оценок и собеседования, – и ее действительно приняли в университет. Что же касается десятилетнего Тима, о нем Хокинг говорил: “Из троих моих детей этот больше всех похож на меня”. Они с Тимом все время играли, Хокинг выигрывал в шахматы, Тим – в монополию. “Каждый из нас в чем-то превосходит другого”, – радовался Тим. В 1988 году американский фотограф Стивен Шеймс сфотографировал отца и сына, игравших в прятки. В этой игре тоже побеждал Тим: приближение отца выдавало негромкое гудение электромотора.
В передаче ABC 20/20 Люси сказала, что с отцом “ладит неплохо”, хотя оба они упрямы. “Я часто с ним спорю, и, должна признать, никто из нас не любит уступать. Никто и не догадывается, насколько он упрям. Вобьет себе что-то в голову и будет настаивать на своем – плевать на последствия. Ни за что не отступится… сделает так, как ему захотелось, даже если другим из-за этого будет плохо”. Сказано резко, но сама я в разговорах с Люси не раз убеждалась, что она любит отца и уважает его мнение. В интервью ABC она также признала, что ему приходится быть упрямым, иначе бы он не выжил. Сила воли помогает ему работать изо дня в день, ухмыляться, подавать шутливые реплики и словно бы не замечать своего тяжелого состояния. И даже если порой Стивен кажется избалованным и эгоцентричным, ему это можно простить. Что касается здоровья отца и страха за него, Люси сказала: “Мне всегда кажется: о, он справится и с тем, и с этим, потому что он всегда справлялся, что бы на него ни обрушивалось. Конечно, как не волноваться за тяжелобольного человека. Я всегда тревожусь, когда он уезжает”. Люси с ранних лет училась справляться с этими страхами. Мать еще в детстве объяснила ей, что такое БАС. Тогда Люси горько плакала, решив, что папа “вот-вот умрет”.
Академический мир все так же глубоко уважал Хокинга и интересовался его работой, но шумиха в прессе несколько смущала. Не требовалось особых математических навыков для того, чтобы подсчитать размеры роялти и сообразить, что за учебу Люси давно заплачено. Зелен виноград: послышались язвительные голоса, мол, его работа ничем не лучше исследований многих ученых, он привлек к себе внимание лишь из-за болезни. Один коллега утверждал, что “Стив и близко не попадет в лучшую дюжину физиков нашего столетия”. Учитывая, сколько великих физиков насчитывает ХХ век, коллега, быть может, и прав – Хокинг не стал бы спорить, – хотя насчет “и близко не попадет” это уж слишком. И все же подобного злопыхательства было на удивление мало. Хокинг чувствовал себя как рыба в воде в любой компании, и это было всем известно – более того, коллеги любили его. Гарвардец Сидни Коулмен, соперничавший с Хокингом не только как ученый, но и как еще один записной клоун у доски, только радовался, что растущая популярность вновь и вновь приводит Стивена в Америку, в том числе в Новую Англию. Другие физики тоже не предъявляли Стивену личных счетов, хотя он и затмил их своей популярностью.
Да, возможно, чисто научные достижения не принесли бы Хокингу всемирной славы и книга не разошлась бы миллионным тиражом. Справедливо ли упрекали Хокинга в том, что он сумел извлечь выгоду из своей болезни, въехал на инвалидном кресле к вершинам богатства и славы? По правде говоря, даже если Стивен предпочел бы иное, обычные люди и в самом деле больше восхищаются его несгибаемым мужеством, чем его научными открытиями. Хокинг не единственный, кому удалось преодолеть, казалось бы, непреодолимое и не терять положительного настроя в самых тяжелых обстоятельствах, но кто сравнится с его блестящим успехом – и с его обаянием?
На протяжении четверти века Стивен Хокинг сумел сохранить этот дух оптимизма, неиссякаемую решительность. Если его и настигало отчаяние, он не показывал вида. Его успех, сама жизнь зависела от его стойкости. Однако до тех пор Стивен нес ответственность только перед самим собой и своими близкими, а в конце 1980-х он сделался источником вдохновения и надежды для миллионов людей, и груз его ответственности возрос многократно. Всем этим людям – отнюдь не только инвалидам – требовалось от Хокинга и его супруги подтверждение: вопреки всем трагедиям жизнь прекрасна и человек велик. Неудивительно, что Хокинга тяготило бремя таких ожиданий. Он отнюдь не считал себя сверхчеловеком. Позднее он скажет, что не видел в себе ни трагическую, ни романтическую фигуру, “совершенную душу, заточенную в изувеченном теле. Я горжусь своим разумом, но и свое тело принимаю как часть себя”. Для инвалидов Хокинг, конечно, сделался величайшим примером, но ведь мало кто мог надеяться на такую же удачу, а Стивен во всем, кроме своего недуга, оказался просто счастливчиком.
Будь ее муж простым учителем физики, ему бы не выделили пятьдесят тысяч фунтов в год на сиделок, рассуждала Джейн Хокинг. Никаких компьютерных программ, синтезатора речи – он проводил бы бесплодные дни в лечебнице, вдали от родных, лишившись общения, возможности хоть чем-то заниматься. Бюрократическое равнодушие государственной службы здравоохранения возмущало Джейн, и она стала вести борьбу за людей с такими заболеваниями, как у Стивена, добиваясь выделения средств на домашний уход за тяжелобольными – нельзя отрывать их от семьи! Благодаря Хокингу университеты задумались о нуждах студентов-инвалидов и начали строить специальные общежития для тех, кто нуждается в постоянном медицинском уходе и при этом посещает занятия. В кабинете Хокинга на картотечном шкафу стоит абстрактная статуэтка из стекла – подарок “Дома Хокинга”, общежития для инвалидов при Университете Бристоля. Такие же помещения обустроил и Кембриджский университет.
И пусть кто-то считал этот успех не вполне заслуженным, в 1989 году Стивен мог сказать, что он вопреки всему одержал победу. Королева наградила его орденом Кавалеров почета – кроме самой королевы, этот орден одновременно могут носить не более шестидесяти пяти человек. Это одна из высших почестей, какой может отметить своего подданного британский монарх. Университет Кембриджа присвоил Стивену почетную степень доктора наук, хотя обычно членам своих же колледжей почетная степень не присваивается. Диплом Хокинг получил из рук принца Филиппа, канцлера университета, и принял участие в торжественной процессии, выходившей из здания Сената под пение хоров Кингс-колледжа и колледжа Сент-Джон и под аккомпанемент ансамбля ударных Кембриджского университета. “Этот год оказался для Стивена самым успешным, – сказала Джейн. – И он очень счастлив”. Он и правда любил свою работу. Сам Стивен говорил: “У меня прекрасная семья, успехи в работе, я написал бестселлер. Чего еще и желать?” Он заслужил свою славу и имел право насладиться ею. Человеку, в 21 год думавшему, что его жизнь кончена, такой поворот событий мог и в голову ударить: эк он подшутил над судьбой!
Но подшучивала и судьба: оглушительный успех книги повлек за собой и кое-какие не столь благоприятные последствия. Меньше времени оставалось на работу. Студенты жаловались на избыток “внеаудиторной деятельности”. Постоянные посетители – и Стивен никому не отказывал. Сплошные поездки – а он впихивал в свой график еще и еще. Огромное количество писем. На первые вопросы читателей “Краткой истории времени” он отвечал сам, но почти сразу же захлебнулся в этом потоке. Справляться с почтой пришлось аспирантам и секретарше.
Известность бывает подчас утомительной. “Благодаря своей популярности мне удается добиться, чтобы дело делалось, помочь другим инвалидам, – говорил Хокинг в одном интервью. – С другой стороны, меня всюду узнают, я никуда не могу отправиться просто так: люди подходят, говорят, как им понравилась книга, фотографируются со мной. Я рад иметь таких читателей, но все же иногда хотелось бы побыть одному”. Он запрограммировал синтезатор речи произносить фразу: “Меня часто принимают за него”. Или: “Меня часто принимают за Стивена Хокинга”. Кого он надеялся обмануть?
Чем плотнее набивал свое и без того перегруженное расписание Хокинг, тем сильнее его коллеги волновались, что науку он вовсе забросит. Однако исследования продолжались. Очередной визит в Калтех в июне 1990 года помог Стивену закончить одно давнее дельце. За шестнадцать лет со времени их спора с Торном накопились данные, свидетельствующие с вероятностью до 95 %, что Лебедь Х-1 все-таки черная дыра. Стивен решил, что настало время расплатиться по тому пари. Торн как раз уехал в Москву, а Хокинг “с сообщниками” проник в его кабинет, где висел обрамленный лист с условиями пари, велел написать на нем, что признает свое поражение, и вместо подписи приложил большой палец.
Покуда ставший знаменитостью физик объезжал дальние страны, в голове он путешествовал на куда более дальние – несравнимо более дальние – расстояния. Еще в 1956 году Джон Уилер придумал термин “квантовые кротовые норы”. И теперь Стивен пытался проникнуть сквозь эти норы туда, где не ступала не только нога, но и мысль человека – в “младенчество вселенных”. Остановимся рядом с ним вне времени и пространства – отсюда открывается лучший вид.
Новый взгляд на воздушный шарик вселенной
Хокинг советует вообразить огромный, стремительно раздувающийся шар. Это и есть наша вселенная. Точки на поверхности шара – звезды и галактики. Рядом с точками – морщинки и неровности. Эйнштейн предсказывал, что в присутствии материи и/или энергии пространство-время искривляется.
Если рассматривать поверхность воздушного шарика под слабым микроскопом, она покажется достаточно гладкой, несмотря на морщинки. Но стоит глянуть на нее сквозь мощные линзы, и мы убедимся, что не такая уж она однородная. Эта поверхность словно вибрирует, размывается, расплывается (см. рис. 10.9).
Мы уже наблюдали такого рода размытость. Принцип неопределенности размывает вселенную на квантовом уровне. Невозможно точно определить одновременно и положение частицы, и ее движение. Можно представить себе неопределенность так: каждая частица дергается в непредсказуемых микровибрациях. Чем внимательнее к ней присматриваешься, тем яростнее она дергается. Сколь бы пристально мы ни вглядывались в квантовый уровень материи, в лучшем случае мы сможем утверждать, что частица с такой-то вероятностью находится здесь или с такой-то вероятностью движется так. Такому же закону непредсказуемости подчиняется и поверхность нашего воздушного шара. При достаточно сильном увеличении квантовые флуктуации становятся непредсказуемо хаотичными, и мы можем лишь устанавливать вероятность для чего угодно!
А каким виделось Стивену Хокингу это “что угодно”? В конце 1980-х он обдумывал возможность появления небольшой выпуклости на космическом шарике. Такое случается с обычными праздничными шариками, если в одном месте резинка окажется чуть слабее и тоньше. Шарики, как правило, сразу лопаются, но изредка дело ограничивается появлением выпуклости. Если бы удалось заметить такую выпуклость на космическом воздушном шарике, это и было бы рождением вселенной.
Как это звучит: “рождение вселенной”! Станем ли мы когда-нибудь свидетелями подобного события? Нет, и прежде всего потому, что оно происходит в мнимом времени, о котором мы говорили в главе 10, а не в “реальном”. А еще мы не увидим рождения вселенной потому, говорит Хокинг, что маленькая новая вселенная и впрямь очень мала. “Пуповина”, соединяющая наш мир с младенческой вселенной, скорее всего, имеет диаметр не более 10–33 сантиметров. Единица в числителе и единица с тридцатью тремя нулями в знаменателе. Столь малую величину трудно себе вообразить. И столь же немыслимо мал интервал, на который приоткрывается “окошко” в тот мир, нечто вроде крошечной черной дыры – оно и зовется “кротовой норой”. Появляется – и тут же затягивается. В главе 6 мы говорили о других “мгновенных” явлениях: обсуждая излучение Хокинга, мы предложили рассматривать флуктуации энергетического поля как появление пар очень недолговечных частиц. Так и кротовые норы – флуктуации в ткани пространства-времени, на поверхности космического воздушного шарика.
Хокинг предположил, что висящий на подобной пуповине эмбрион вселенной не так уж кратковечен и то, что началось с малого, вполне может стать великим. Постепенно эта новая вселенная расширится и станет как наша нынешняя, распространится на миллиарды световых лет во все стороны. Вселенная, подобная нашей, но пустая? Отнюдь нет. “Вещество, – напоминает Хокинг, – может возникнуть во вселенной любого размера благодаря гравитационной энергии”. Последствия? Галактики, звезды, планеты и, возможно, жизнь.
Много ли таких малышек и взрослых вселенных? Неужели они возникают повсюду? Прямо в сливе раковины? Внутри наших тел? Хокинг говорит – да, вполне вероятно, что новые вселенные постоянно возникают рядом с нами и даже внутри нас, а мы никоим образом не можем их заметить.
А наша вселенная тоже развилась из такого вздутия в боку другой вселенной? И на этот вопрос Хокинг отвечает положительно. Наша вселенная может оказаться частью бесконечного лабиринта вселенных, которые разрастаются и присоединяют к себе новые, неисчерпаемые соты, где есть и младенческие, и вполне совершеннолетние вселенные. Кротовые норы – ходы сообщения между двумя вселенными – тоже могут возникнуть отнюдь не в одном месте. Возможно, кротовыми норами части нашей вселенной соединяются друг с другом или же соединяются разные эпохи (см. рис. 12.1).
Жизнь в квантовом решете
Напряжем фантазию еще больше и попытаемся представить себе мир с точки зрения электрона. Если повсюду во вселенной имеются квадрильоны кротовых нор, которые то появляются, то исчезают, тогда с точки зрения электрона это похоже на кипящий котелок с густой кашей. Пробраться сквозь этот горшок так же трудно, как путешествовать по гигантскому, все время меняющему очертания ситу. Если электрон движется по прямой линии, он почти наверняка наткнется на кротовую нору, провалится в нее и вылетит в другую вселенную. И это как-то сомнительно, ведь получается, что из нашей вселенной исчезает частица вещества, чего быть не должно. Но в данной теории проблема решается просто: обратно в нашу вселенную влетает такой же точно электрон, и равновесие восстанавливается.
Заметили бы мы подмену электронов? Нет, с нашей точки зрения все выглядит несколько иначе: мы видим один-единственный электрон, путешествующий по прямой. Хокинг предположил, что существование черных дыр вынуждает электроны двигаться так, словно их масса больше, – если бы кротовых нор не было, их движение указывало бы на меньшую массу. Выходит, при попытке предсказать массу частицы, нужно сперва решить, существуют ли в реальности кротовые норы.
Рис. 12.1. Кротовые норы и молодые вселенные.
В теории, если электрону, падающему в кротовую нору, сопутствует фотон, то не происходит ничего экстраординарного. Мы увидим лишь обычный обмен частицами-вестниками в электромагнитном взаимодействии: один электрон испускает фотон, другой его поглощает. Хокинг предположил, что массы всех частиц и все взаимодействия между частицами, непрерывную активность всех четырех сил по всей вселенной можно объяснить как падения в кротовые норы и появления из них.
Тут вы, пожалуй, спросите, каким же образом частицы протискиваются в кротовые норы, ведь кротовые норы меньше любых известных нам частиц. Как и в случае с излучением Хокинга, то, чего мы никак не можем вообразить, оказывается возможным в квантовой механике.
Когда Хокинг принялся вычислять воздействие кротовых нор на массы частиц, в том числе на массу электрона, его подсчеты показали, что эти массы должны бы быть гораздо больше, чем мы наблюдаем на самом деле. Потом Хокингу и другим исследователям удалось прийти к более умеренным числам, но тогда, в конце 1980-х, Хокинг усомнился, в состоянии ли теория кротовых нор предсказывать массы частиц в нашей или в любой другой вселенной. В главе 2 уже заходила речь о “произвольных элементах”, не поддающихся измерению и не предсказываемых теорией. Массы частиц и параметры действующих во вселенной сил до сих пор оставались произвольными элементами в любых выдвигавшихся учеными теориях. Теория кротовых нор тоже не избавляется от произвольности, но хотя бы объясняет, почему эти элементы оказались произвольными. Хокинг думал, что массы частиц и другие фундаментальные числа вселенной могут оказаться “квантовыми переменными”, то есть такими же неопределенными, как путь частицы или события на поверхности космического шара. Эти числа фиксируются случайным образом в момент возникновения вселенной. Так сказать, кости брошены, и с этого момента для данной вселенной произвольные элементы определены, однако теория никоим образом не сумеет предсказать, как именно лягут кости и даже какой расклад наиболее вероятен. Хокинг не был до конца уверен, что из теории кротовых нор следуют именно такие выводы, однако сама идея, что фундаментальные числа и, быть может, даже “законы природы” вовсе не едины для всех вселенных, но отличаются для каждой из них, еще понадобится ему позднее и в другой связи.
Туго свернутая вселенная
“Великая загадка: почему квантовые флуктуации не свертывают вселенную в тугой шар”, – рассуждал Хокинг. Это одна из тех великих загадок, которые необходимо разрешить на подступах к теории всего.
Физики называют эту загадку энергии в (так называемом) вакууме проблемой космологической константы. Как вы помните, еще Эйнштейн обдумывал возможность космологической константы, уравновешивающей гравитацию и препятствующей изменению размеров вселенной. Позднее он счел эту мысль “величайшим заблуждением своей жизни”. Но термин сохранился, хотя изменил значение: теперь “космологической константой” называется число, указывающее на плотность энергии в вакууме, энергетическая плотность вакуума. Здравый смысл шепчет: нет там никакой энергии, но, как мы убедились, в силу принципа неопределенности и “пустое” пространство не вовсе пусто. Оно лопается от энергии. Космологическая константа (энергетическая плотность вакуума) должна быть огромна, и общая теория относительности утверждает, что масса или энергия такой величины должна плотно свернуть вселенную.
Однако вопреки принципу неопределенности и общей теории относительности вселенная не сворачивается. Напротив, к тому времени, когда Хокинг взялся разрабатывать теорию кротовых нор, величина космологической константы уже была установлена – и это подтвердилось в наблюдениях – близко к нулю. Это же подтверждается и скоростью расхождения галактик, и самим фактом нашего существования. “Большая космологическая константа, как положительная, так и отрицательная, сделала бы вселенную непригодной для жизни”, – напоминает Хокинг. Размер космологической константы – один из примеров “гармонизации”, о которой мы говорили в главе 9. Выходит, Эйнштейн поспешил с признанием своей “ошибки”. Но этого в начале 1990-х никто не знал.
Но почему же теория сулит нам огромную космологическую константу, а мы наблюдаем маленькую? Вспомним еще раз пары частиц в излучении Хокинга. В теории супергравитации, о которой Хокинг говорил в своей Лукасовской лекции, пары фермионов (частиц материи) испускают в вакууме отрицательную энергию и уравновешивают положительную энергию бозонов (частиц-вестников). Это может послужить хотя бы частичным объяснением, но не все тут просто. Во-первых, эти частицы взаимодействуют не только с гравитацией. И даже если нас окружает огромное количество плюсов и минусов, которые взаимно нейтрализуют друг друга, трудно поверить, чтобы они в точности уравновесились и дали ноль. Сидни Коулмен, разделявший интерес Хокинга к кротовым норам, признавался: “Ноль – число подозрительное. Представьте себе, что на протяжении десятилетий вы тратите, не считая, миллионы долларов, а когда наконец заглянули в строку прихода, оказалось, что приход с расходом сходится до цента”. Еще менее вероятно, чтобы точно в ноль вышла космологическая константа.
Справятся ли с этим парадоксом кротовые норы? Хокинг предполагал, что ветвящиеся в каждой точке кротовые норы превращают космологическую константу, энергетическую плотность вакуума, в “квантовую переменную”, подобную массе частиц. Размер ее может быть любым. Какова вероятность, что он окажется около нуля? Представьте момент рождения вселенной, когда “малышка” отделяется от существующей вселенной. Теория кротовых нор предполагает существование множества вселенных, и гораздо больших, чем наша нынешняя, и невообразимо малых, и так далее. Новорожденная вселенная через кротовую нору скопирует величину космологической константы одной из этих вселенных, как бы “унаследует” ее. В момент рождения человека непринципиально, унаследовал ли он музыкальный слух, – этот талант проявится позже. Так и при рождении вселенной несущественно, “унаследовала” ли она космологическую константу, близкую к нулю. Ее константу вообще нельзя будет измерить, пока вселенная не подрастет. При таком разнообразии вселенных все же наиболее вероятно, что крошка унаследует космологическую константу через кротовую нору, связывающую ее с одной из полноразмерных вселенных, а такие возникают лишь при условии, что все плюсы и минусы вакуума в сумме дали ноль. Коулмен исследовал вероятность существования вселенной (согласно теории кротовых нор), в которой космологическая константа близка к нулю, то есть вселенной, похожей на нашу. Оказалось, что куда менее вероятно существование любого другого вида вселенной.
Кротовые норы и теория всего
Кротовые норы и малышки-вселенные захватили воображение многих ученых. Начались оживленные споры, посыпались альтернативные версии. Это хороший признак. “Наука о младенчестве вселенных сама переживает младенчество, – шутил Хокинг, – но она быстро взрослеет”. Поможет ли гипотеза о кротовых норах и малышках вселенных построить полную теорию вселенной?
Прежде всего, как мы уже убедились, эта теория предлагает новый взгляд на проблему космологической константы, на мучительный вопрос о плотности энергии в вакууме – почему же вселенная не съеживается, хотя вроде бы должна? Верил ли Хокинг в то, что теория кротовых нор поможет преодолеть этот парадокс на стыке общей теории относительности и квантовой механики? “Я бы не стал заходить так далеко, – осторожничал Хокинг. – Фундаментального противоречия здесь нет, но имеются технические проблемы, которые с помощью кротовых нор преодолеть не удалось”.
Во-вторых, теория кротовых нор не разваливается, если проследить ее “до начала”. Если вернуться к Большому взрыву, то, согласно теориям Эйнштейна, там мы столкнемся с сингулярностью, в которой все известные нам законы физики отменяются. Предположение Хокинга об отсутствии граничных условий привело к выводу: в воображаемом времени сингулярности нет. Теория кротовых нор предполагает, что в мнимом времени наша вселенная могла зародиться как крошка-вселенная, отпочковавшаяся от другой вселенной.
В-третьих, теория кротовых нор увязывает квантовую механику и теорию относительности, позволяя нам достаточно наглядно, геометрически представить себе квантовые флуктуации, квантовые кротовые норы и маленькие вселенные как нечто похожее на свертывание пространства-времени и черные дыры на астрономическом уровне. Фундаментальные числа нашей вселенной, массы и заряды частиц и космологическая константа, обусловлены формой, геометрией лабиринта взаимосвязанных вселенных.
Другие теории не могут предсказать размеры и заряды частиц. Во всех теориях присутствуют произвольные элементы. Житель иного мира, никогда не видевший нашей вселенной, не мог бы воспользоваться этими теориями, чтобы вычислить фундаментальные числа, – ему пришлось бы всмотреться в “реальную” вселенную. Как мы видим, продолжается спор о том, поможет ли нам теория кротовых нор понять и вычислить фундаментальные числа или же именно из-за кротовых нор маловероятно точное предсказание этих чисел внутри любой теории.
Была надежда, что предсказывать массы и заряды частиц научится теория суперструн, представляющая все во вселенной не в виде точечных частиц, а в виде крошечных вибрирующих струн. Хокинг относился к этой надежде весьма сдержанно: “Если верна теория о зародышах вселенных, возможность предсказывать эти величины ограниченна”. Знай мы, сколько существует вселенных и каковы их размеры, – другое дело, но этого мы не знаем. Мы не можем разглядеть, как они присоединяются к нашей вселенной или отпочковываются от нее. Мы не знаем, как все это выглядит, какие принимает формы. Знаем только, что если вселенные действительно соединяются или почкуются, это скажется на видимых величинах масс частиц и их зарядов. То есть в предсказуемых величинах получится пусть небольшая по значению, но все же несомненная неопределенность.
Хокинг особо не беспокоился, приведет ли его этот путь размышлений к теории всего или нет. У него своя стратегия: сосредоточиться на понятных ему областях, разбираться с тем, что происходит и как обстоит дело там, где встречаются теория относительности и квантовая механика. Он считает, что сделанные таким образом открытия устоят и останутся верными независимо от того, какую форму примет теория вселенной и кто ее изобретет. Его картина мироздания войдет в состав более общей или более фундаментальной картины.
Спасая историю
Поклонники научной фантастики не простят нам, если мы оставим в стороне вопрос о путешествии через кротовую нору в другую вселенную или в другую часть нашей вселенной чего-нибудь покрупнее частицы. Множество научно-фантастических книг использовало эту идею. Казалось бы, неплохой способ преодолевать огромные расстояния в пространстве.
Научная фантастика и научная мысль объединились в 1985 году, когда по просьбе Карла Сагана Кип Торн вместе с учениками попытался разобраться с возможностью таких полетов. Сагану требовалось в мгновение ока доставить героиню своего романа “Контакт” на другой край вселенной. Беда в том, что кротовая нора, сквозь которую может пролезть человек, до крайности нестабильна: достаточно малейшего колебания – а появление человека вызовет немалое колебание, – и дыра уничтожится вместе с “пассажиром”. Торн решил, что можно было бы искусственно удерживать раструб кротовой норы открытым с помощью пока неведомого вещества с отрицательной плотностью энергии. Быть может, понадеялся он, намного более развитой цивилизации удалось бы такое изобрести. Хокинг отреагировал на это предположение кратко и резко: “Ошибаешься”. “В нашем сообществе не принято миндальничать, когда один ученый считает другого неправым”, – поясняет Торн.
Хокинг решил доказать свою правоту и в результате получил “гипотезу хронологической защиты”. Он, в частности, выступал против использования кротовых нор в качестве машины времени, утверждая, что природа “закрывает” такие траектории в пространстве-времени, которые позволили бы вернуться в прошлое (“закрытая времяподобная кривая”). Кротовая нора взорвется при попытке использовать ее как машину времени, и этот взрыв, по словам Хокинга, “убережет вселенную для историков”: нельзя вернуться в прошлое и изменить ход истории. В статье, написанной в 2002 году к шестидесятилетию Хокинга, Торн напомнил, что гипотеза хронологической защиты была именно гипотезой: “Мы оба работали с законами физики в такой сфере, где не могли быть уверены в их правильности”. Хокинг считал “лучшим доводом против возможности путешествия во времени тот факт, что нас не оккупировали орды туристов из будущего”, но сам же и оговаривался: возможно, наше время пользуется такой дурной репутацией (в качестве курорта), что не привлекает путешественников по кротовым норам.
Кип Торн восхищался статьей Хокинга о гипотезе хронологической защиты как “шедевром”, что отнюдь не принуждало его соглашаться. На шестидесятый день рождения Торна Хокинг тоже сделал другу подарок: расчет вероятности существования кротовой норы – машины времени – с точки зрения квантовой механики. Итог оказался неутешительным: одна на 1060.
А как насчет маленьких черных дыр? Когда первичные черные дыры испаряются, что происходит со всем тем, что в них упало? Теория кротовых нор предполагает, что эта пропажа не возвращается в нашу вселенную в виде частиц, а проскакивает в новорожденную вселенную. Снова страшный призрак информационного парадокса! В одну черную дыру проваливается, из другой в виде частиц появляется и так далее. Космическое путешествие – эксклюзивно для частиц, – и при этом не происходит потерь информации.
Послужат ли кротовые норы и младенческие вселенные решению “информационного парадокса”? Если вы обрадовались и решили, что у вселенной найдется способ уберечься от утраты информации, зря надеетесь: Хокинг такого оптимизма отнюдь не поощряет.