Недавно я наткнулась на старую черно-белую фотографию Поля Дирака, нобелевского лауреата и одного из создателей квантовой механики, на которой он изображен стоящим с топором на плече на территории института перспективных исследований в Принстоне. Во время своих многочисленных визитов туда в период с 1930-х по 1970-е годы он бродил по лесу позади института, расчищая новые пути, по которым могли бы гулять теоретики, обсуждая и обдумывая природу реальности. Меня по этим тропам водил Нима Аркани-Хамед, теоретик, вознамерившийся разнести в щепки наше современное понимание квантовой механики и самого пространства-времени.

Аркани-Хамед разрабатывает метод расчета взаимодействия между частицами, используя совершенно новый подход, основанный на абстрактной математике и не учитывающий пространство и время. Эта работа все еще находится на ранней стадии и пока применяется к определенным идеализированным системам, а не к результатам экспериментов. Однако если у него получится, последствия будут потрясающими. «Пока все, что мы видим, – это просто детские игрушки, верно? Я пойму, если вы не воспримете всерьез то, что было достигнуто до сих пор, – сказал он. – Однако уже начали вырисовываться примеры конкретных физических систем, похожих на те, что мы видим в реальном мире, которые можно описать без всякого пространства-времени или квантовой механики». Когда я ответила, что с трудом могу себе представить существование во Вселенной, где пространство и время не являются чем-то реальным, он рассмеялся: «Добро пожаловать в наш клуб».

Прежде чем вы отбросите эту идею как преувеличение эксцентричного теоретика, я должна отметить, что в таком ключе думает не только Аркани-Хамед. «Я уверен, что вы слышали это от многих людей, – сказал мне Клиффорд Джонсон несколько месяцев спустя, – я думаю, что мы всё лучше понимаем одну из идей, о которой долго говорили в рамках теории струн, – то, что пространство-время не является чем-то фундаментальным».

А, эту мелочь. Ну да, разумеется.

Джонсон подходит к вопросу несколько иначе. В теориях квантовой гравитации есть интригующие намеки на неожиданные связи между физикой, действующей в малых и больших масштабах, которые не имеют смысла в рамках нашего привычного понимания пространства-времени. Упрощенно это можно объяснить так: если вы представите, что проводите некие эксперименты в гипотетическом пространстве с радиусом R, то их результаты будут в точности совпадать с результатами таких же экспериментов, проведенных в гораздо меньшем пространстве с радиусом равным 1/R. В теории струн это называется T-дуальностью, и такое странное совпадение должно сообщить нам что-то важное. «Если вы спросите коллег, – сказал Джонсон, – они ответят, что в некотором роде ничего из этого не является реальным. В том смысле, что, подрывая понятия большого и малого, вы, по сути, подрываете понятие самого пространства-времени».

Некоторые теоретики пытались меня успокоить. Шон Кэрролл, космолог из Калифорнийского технологического института, который в настоящее время занимается основами квантовой механики, считает, что мы поторопились, исключив пространство-время из списка реальных вещей. «Оно реально, но не фундаментально, – сказал он. – Так же, как вот этот стол реален, но не фундаментален. Это просто более высокий уровень эмерджентного описания и не значит, что нечто не является реальным». Вообще, нам не следует слишком сильно зацикливаться на этом, поскольку речь не идет о том, что пространства-времени не существует. Просто если бы мы действительно поняли, из чего оно состоит, то на более глубоком уровне оно выглядело бы как нечто совершенно иное.

Но меня это не успокоило. Как физик я всегда стараюсь бесстрастно подходить к своему предмету, однако при мысли о том, что пространство-время реально лишь в том смысле, что о нем можно говорить и на нем можно сидеть, но оно не является основой Вселенной, мне начинает казаться, что оно в любой момент может просто исчезнуть подо мной.

Вопрос о том, какое отношение это имеет к возможному концу Вселенной, остается открытым. Каким бы реальным или нереальным ни было пространство-время, мы живем в нем, и то, что с ним происходит, не может не затронуть нас. Однако если размышления об эмерджентном пространстве-времени или новых формулировках квантовой механики приведут нас к более глубокой фундаментальной теории, это может радикально изменить наше мировоззрение. Возможно, как считает Джонсон, связи между большими и малыми масштабами действительно предполагают совершенно иную судьбу космоса. Может быть, если бы мы пересмотрели квантовую механику, то, наконец, сумели бы объяснить темную энергию. Даже если мы остановимся на космологической постоянной и неминуемой тепловой смерти, согласно Аркани-Хамеду, нам все равно потребуется серьезно пересмотреть теорию, чтобы иметь возможность рассуждать о том, на что способны квантовые флуктуации с точки зрения больцмановского мозга или теоремы Пуанкаре о возвращении. «На мой взгляд, очень маловероятно, что все это может быть осмыслено и объяснено в рамках квантовой механики, – сказал он. – Я думаю, что нам требуется некоторое расширение квантовой механики для того, чтобы говорить об этом».

Вопрос о том, в какой степени природа Вселенной в принципе объяснима, тоже остается открытым. На протяжении последнего десятилетия физики пытались разобраться с концепцией ландшафта – гипотетической мультивселенной, состоящей из различных параллельных Вселенных, условия в которых радикально отличаются от наших. Если такой ландшафт действительно существует, это может означать, что свойства пространства, в котором мы живем, являются исключительно вопросом экологии, а не заданы каким-то глубоким, пока не известным нам принципом. Такой вид мультивселенной предусматривается в некоторых версиях теории инфляции, допускающих постоянное возникновение новых пузырьковых Вселенных в извечном пространстве. «Идея о том, что наш мир является уникальным решением, представляется мне ошибочной, – говорит Аркани-Хамед. – Но, с другой стороны, когда вы пытаетесь осмыслить концепцию ландшафта и вечной инфляции, вы попадаете в такое болото, что сама постановка проблемы начинает казаться неправильной». Даже если допустить существование множества Вселенных, главная проблема никуда не исчезнет. «Вопросы применимости квантовой механики к космологии возникли почти с самого начала. В них нет ничего нового. Они казались очень сложными пятьдесят лет назад; они остаются таковыми и сегодня».

«Я уверен, что нам следует просто вернуться тем же путем, – считает Нил Турок, физик-теоретик и космолог, изучающий альтернативы теории космической инфляции, который много лет руководил институтом теоретической физики “Периметр” в Канаде. – Нам нужно отмотать назад пятьдесят лет и сказать: “Ребята, мы строим замки из песка”».