Возможно, молодые вселенные не будут использованы для космических путешествий, но они могут иметь большое значение в наших попытках построить завершенную единую теорию, которая опишет всё во Вселенной. Существующие ныне теории содержат много величин, таких как размер или электрический заряд частицы. Значения этих величин наши теории не могут предсказать, они должны выбираться на основании наблюдений. Большинство ученых, однако, верят, что под всем этим лежит единая теория, которая предскажет все значения.
Такая основополагающая теория может быть. Сильнейший кандидат в настоящий момент носит название неоднородной теории суперструн. Ее идея заключается в том, что пространство-время наполнено маленькими петлями, вроде кусочков струны. То, что нам представляется элементарными частицами, на самом деле является маленькими петельками, по-разному вибрирующими. Данная теория не содержит никаких величин, значения которых можно уточнить. Поэтому можно предположить, что эта единая теория сможет предсказать значения всех величин, вроде электрического заряда частиц, еще не определенных в наших нынешних теориях. И хотя ни одну из указанных величин нам пока не удалось вывести из теории суперструн, многие верят, что в конце концов мы сможем это сделать.
Однако если данная картина молодых вселенных верна, наша способность предсказывать указанные величины будет снижена, потому что мы не можем наблюдать, сколько черных дыр существует во внешнем мире, ожидая своей очереди присоединиться к нашей области Вселенной. В природе могут быть вселенные, содержащие всего несколько частиц. Эти вселенные так малы, что невозможно заметить их присоединения к нашему закоулку. Но, присоединившись, они изменят видимые значения величин, таких как электрический заряд частиц. Следовательно, мы не можем предсказать, каково будет видимое значение этих величин, так как не знаем, сколько вселенных ожидают своей очереди снаружи. Возможен взрыв рождаемости вселенных. Однако, в отличие от людей, у них, похоже, не будет ограничивающих факторов, таких как пропитание и место под солнцем. Молодые вселенные существуют в своем собственном царстве. Это напоминает вопрос, сколько ангелов может танцевать на кончике иглы.
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 постоянных. Это термин из уравнений общей теории относительности, дающий пространству-времени врожденную склонность расширяться или сжиматься. Первоначально Эйнштейн предложил для космологической постоянной очень малое значение 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 постоянные 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 молодые вселенные, отпочковываясь и присоединяясь, будут влиять на наблюдаемое значение космологической постоянной. Поскольку мы не знаем, сколько таких вселенных существует, наблюдаемая космологическая постоянная будет 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 это значение очень мало.
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 молодыми 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?
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?
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, 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 всё 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 O’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 было 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.