Черные дыры и молодые вселенные

Для большинства величин эти вселенные, похоже, введут конечную, хотя и довольно маленькую, неопределенность в предсказанных значениях. Однако они могут объяснить наблюдаемые значения очень важных величин – так называемых космологических констант. Это термин из уравнений общей теории относительности, дающий пространству-времени врожденную склонность расширяться или сжиматься. Первоначально Эйнштейн предложил для космологических констант очень малые значения в надежде уравновесить эту склонность материи, заставляющую Вселенную сжиматься. Такая мотивация исчезла, когда обнаружилось, что Вселенная расширяется. Но от этих констант оказалось не так-то просто избавиться. Можно было предположить, что флюктуации, подразумеваемые квантовой теорией, делают космологические константы очень большими. И все же мы можем наблюдать, как расширение Вселенной изменяется со временем, и таким образом определить, что они очень малы. До сих пор не было удовлетворительного объяснения, почему наблюдаемое значение должно быть таким маленьким. Однако младенцы-вселенные, отпочковываясь и присоединяясь, будут влиять на наблюдаемое значение космологических констант. Поскольку мы не знаем, сколько таких вселенных существует, наблюдаемые космологические константы будут иметь различные возможные значения. Однако гораздо более вероятны значения, близкие к нулю. И это удача, потому что Вселенная годится для таких существ, как мы, только если они очень малы.

Подведем итог: представляется, что частицы могут падать в черную дыру, которая затем испаряется и исчезает из нашей области Вселенной. Частицы выходят во вселенные, которые отпочковываются от нашей Вселенной. Эти вселенные могут затем присоединиться где-нибудь еще. Возможно, они не пригодятся для космических путешествий, но их наличие означает, что мы сможем предсказать меньше, чем ожидали, даже если построим завершенную единую теорию. С другой стороны, теперь мы, возможно, сумеем объяснить измеренные значения некоторых величин, вроде космологических констант. В последние несколько лет многие ученые начали работать над младенцами-вселенными. Не думаю, что кто-нибудь сколотит себе состояние, запатентовав их как способ космических путешествий, но они уже стали захватывающей областью исследований.

12. Все ли предопределено? 17

В пьесе «Юлий Цезарь» Кассий говорит Бруту: «Порою люди – кузнецы своей судьбы». Но действительно ли мы кузнецы своей судьбы? Или все, что мы делаем, предопределено? Аргумент о предопределении использовался для подтверждения того, что Бог всемогущ и существует вне времени, и, стало быть, Бог заранее знает, что произойдет. Но тогда как мы можем обладать свободной волей? А если мы не обладаем свободной волей, то как мы можем отвечать за свои действия? Вряд ли это вина человека, если ему предопределено ограбить банк. Так почему же он должен быть наказан?

17. Лекция, прочитанная на семинаре клуба «Сигма» в Кембриджском университете в апреле 1990 г.

В последнее время аргумент в пользу детерминизма основывается на науке. Представляется, что существуют четко определенные законы, управляющие тем, как Вселенная и все сущее в ней развиваются во времени. Хотя мы еще не нашли точную форму этих законов, но уже знаем достаточно, чтобы определить, как ведет себя Вселенная во всех ситуациях, кроме экстремальных. Найдем ли мы остальные законы в сравнительно близком будущем – это зависит от точки зрения. Я оптимист и думаю, что шансы – пятьдесят на пятьдесят в пользу того, что мы найдем их в ближайшие двадцать лет. Но даже если не найдем, это на самом деле не имеет значения для спора. Важно то, что должен существовать набор законов, которые полностью определяют эволюцию Вселенной по ее начальному состоянию. Эти законы могли быть установлены Богом, но похоже, что Он (или Она) больше не вмешивается в дела Вселенной, чтобы нарушить эти законы.

Начальная конфигурация Вселенной могла быть выбрана Богом или могла определиться сама по научным законам. В любом случае похоже, что все во Вселенной предопределено эволюцией согласно научным законам, так что трудно понять, как мы можем быть кузнецами своей судьбы.

Идея о том, что возможна некая великая единая теория, определяющая все во Вселенной, вызывает много трудностей. Прежде всего, такая теория предположительно должна быть компактна и изящна с точки зрения математики. В теории всего должно быть нечто особое и простое. И все же как может некое число уравнений учесть всю сложность и мельчайшие детали того, что мы видим вокруг? Можно ли действительно поверить, что великая единая теория определила, будто первой в хит-параде этой недели будет Шинейд О'Коннор или что на обложке «Космополитен» появится Мадонна?

Вторая проблема с предопределением всего великой единой теорией заключается в том, что все наши утверждения, любые догадки тоже предопределены этой самой теорией. Но почему она должна предопределить, что мы сформулируем ее верно? Не более ли вероятно, что мы определим ее ложно, поскольку на каждое истинное высказывание приходится множество всевозможных ложных? Каждую неделю я получаю по почте кучу теорий от разных людей. Эти теории различны, и многие противоречат друг другу. И все же, предположим, великая единая теория предопределила то, что авторы считают себя правыми. Так почему же все, что я говорю, должно быть более здраво? Разве я не так же предопределен великой единой теорией?

Третья проблема с идеей, что все предопределено, заключается в нашем ощущении, будто мы обладаем свободной волей, что мы свободны выбирать, делать что-либо или нет. Но если все предопределено научными законами, то свободная воля – иллюзия, а коль скоро мы не обладаем свободной волей, на чем же основывается наша ответственность за свои поступки? Мы не наказываем преступников, если они невменяемы, так как считаем, что это не поможет. Но если все мы предопределены великой единой теорией и никто не может помешать нашим поступкам, так почему нужно нести ответственность за свои действия?

Эти проблемы детерминизма обсуждались веками. Однако дискуссия была несколько академичной, так как мы были далеки от полного знания научных законов и не представляли себе, как было определено начальное состояние Вселенной. Сейчас эти проблемы более актуальны, так как есть возможность в ближайшие двадцать лет создать эту единую теорию. А мы понимаем, что начальное состояние могло установиться само собой на основании научных законов, – это следует из моей личной попытки разобраться с этими проблемами. Я не претендую на особую оригинальность или глубину, но это лучшее, что я могу предложить в данный момент.

Начнем с первой проблемы: как может относительно простая и компактная теория лежать в основе Вселенной, такой сложной, со множеством мелких и незначительных деталей? Ключом к этому служит принцип неопределенности из квантовой механики, утверждающий, что нельзя точно измерить и положение частицы, и ее скорость: чем точнее измеряешь положение, тем менее точно можешь измерить скорость, и наоборот. Но в самой ранней Вселенной все было очень близко друг к другу, поэтому существовала огромная степень неопределенности и множество возможных состояний Вселенной. Эти различные возможные ранние состояния разовьются в семейство различных историй Вселенной. Большинство из них в своих основных чертах будут схожи. Они будут соотноситься с единой и ровной расширяющейся Вселенной. Однако они будут различаться такими деталями, как распределение звезд, и более того – такими, как обложки журналов (если, конечно, в тех историях будут журналы). Таким образом, сложность Вселенной вокруг нас и ее детали возникают из принципа неопределенности на ранних стадиях. Это дает полное семейство возможных историй, в которых нацисты победили во Второй мировой войне, хотя такая вероятность и мала. Но мы чисто случайно попали в историю, где войну выиграли союзники и на обложке журнала «Космополитен» изображена Мадонна.

Теперь я вернусь ко второй проблеме: если все наши действия предопределены некой великой единой теорией, почему теория предопределила, что мы придем к правильному, а не к ложному заключению о ней самой? Почему все, что мы говорим, должно быть здравым? Мой ответ основывается на идее Дарвина о естественном отборе. Я понимаю ее так: некоторые самые примитивные формы жизни возникли на Земле самопроизвольно из-за случайного сочетания атомов; эта ранняя форма жизни, вероятно, была просто большой молекулой, и, вероятно, это была не ДНК, так как шансы случайно образовать целую молекулу ДНК весьма малы.

Ранняя форма жизни должна была воспроизводить себя. Из квантового принципа неопределенности и хаотичного теплового движения атомов следует, что в воспроизведении возникало множество отклонений. Большинство из этих отклонений оказались роковыми для выживания организма и его способности дать потомство. Такие отклонения не передались в последующие поколения, а их носители вымерли. Очень немногие отклонения оказались удачными – чисто случайно. Организмы с такими ошибками имели больше шансов выжить и дать потомство. Таким образом, они могли заменить первоначальные, не усовершенствованные организмы.