[139]. Восемьдесят лет спустя современная версия идеи Дирака об эволюции физических законов воплощается в действующих в космологической перспективе объединяющих теориях физики частиц. И к этому можно добавить, что в самом центре наших попыток понять, почему наблюдаемые законы именно таковы, каковы они есть, лежит присутствующий в нарушающих симметрию переходах элемент случайности.
Рис. 35. Древо физических законов выросло из ряда нарушающих симметрию переходов в процессе горячего Большого взрыва. Объединяющие теории физики частиц предсказывают, что этот древнейший уровень эволюции мог оказаться очень разным.
И это еще один ключевой момент. Наиболее амбициозные Теории великого объединения, которые прекрасно описывают происходящее при самых высоких энергиях, не могут дать однозначного заключения об исходе первичной эволюции Вселенной. Совсем наоборот! Самые масштабные ТВО предсказывают, что симметрии могут нарушаться множеством различных способов. В результате, к тому времени, когда возраст Вселенной достигнет уже заметной доли секунды, в ней могут установиться различные низкотемпературные законы. А это заставляет предположить, что свойства Стандартной модели и темной материи – а они оказали решающее влияние на эволюцию Вселенной – не были уникальным образом определены математическими закономерностями, лежащими в основе ТВО, но отражают, по крайней мере частично, конкретный исход зачаточной истории нашей Вселенной.
Такое положение дел нам очень хорошо знакомо по биологической эволюции. В главе 1 я вспоминал, что изумительная сложность жизни построена на невообразимо огромном числе «замороженных случайностей», происходивших на протяжении ее истории. От функциональных особенностей индивидуальных организмов через характеристики видов и до таксономии всего древа жизни биологические паттерны, имеющие вид законов, кодируют в себе исходы бесчисленных случайных событий, которые, накапливаясь слой за слоем в течение миллиардов лет в совместно развивающейся среде, постепенно позволили возникнуть всей сложности живого мира. Некоторые законы живого, наподобие космических переходов, которые мы только что обсуждали, можно даже проследить вглубь времен вплоть до нарушающих симметрию случайных событий. Часто приводят пример ориентации спиральной структуры ДНК. Все молекулы ДНК во всех без исключения известных формах жизни на Земле закручены в правостороннюю спираль. Эта универсальная особенность замечательна – ведь законы электромагнетизма, на которых основывается молекулярная химия, не делают никаких различий между левосторонней и правосторонней ДНК, в рамках этих законов они полностью симметричны. Значит, жизнь точно так же процветала бы на основе левосторонней ДНК. И хотя на этот счет существуют различные сумасшедшие гипотезы, вполне вероятно, что примерно 3,7 миллиарда лет назад, когда жизнь каким-то образом зарождалась из безжизненной материи, некое случайное событие на молекулярном уровне заставило ее развиваться с правосторонней ДНК. Как только произошло это нарушающее симметрию событие, данная конкретная молекулярная конфигурация стала частью фундамента планетарной архитектуры – законом жизни на Земле.
Подобным же образом, говорят нам ТВО, некоторые свойства действующих законов физики уходят корнями в случайные перипетии самых ранних стадий эволюции Вселенной, которые впоследствии оказались «вморожены» в фундамент ее архитектуры. Эта случайная составляющая возникает в конечном счете потому, что законы физики частиц имеют квантовомеханический характер, а квантовая механика не детерминистична. Случайные квантовые скачки полей непосредственно после Большого взрыва влияют на то, как именно разворачивается последовательность нарушений симметрии. Как поставленный торчком карандаш падает в случайном направлении, так и конкретный способ, которым разнообразные космические переходы заставляют поля конденсироваться в смесь различных сил, включал в себя неизбежный элемент случайности.
С другой стороны, возможно далеко не все. Поля в ранней Вселенной связаны друг с другом; изменения в одном влияют на другие, и так далее. Это взаимопроникновение, в конечном счете отражающее общее происхождение всех полей, ограничивает набор возможных путей их развития. Таким образом, на самых ранних стадиях эволюции Вселенной должна была проявляться взаимозависимость изменчивости и отбора, дарвинианская игра случайности и необходимости, разыгрывавшаяся на нижнем, фундаментальном уровне законов физики.
Окончательный итог всего этого, конечно, такой: правила космической игры, сами законы, которые управляют сегодня физической Вселенной, могли бы быть совершенно иными. Например, могло бы существовать шесть видов нейтрино вместо трех, или четыре вида фотонов, или сильное взаимодействие между видимой и темной материей. Получилась бы вселенная, непредставимо отличающаяся от нашей. Великое объединение и его еще более великие сверхрасширения приводят к поразительному заключению: относительные величины сил, действующих между частицами, массы и виды частиц и, возможно, даже само существование материи и сил – это не математические истины, высеченные в камне, но ископаемые остатки древней и в основном скрытой от нас эволюционной эпохи на самой заре космогенеза.
И все-таки, могли бы вы сказать, это дарвинистское разветвление физики произошло во мгновение ока (нет, гораздо быстрее!) в крайне примитивной среде, тогда как жизнь на Земле развивалась на протяжении миллиардов лет в сложно устроенной земной биосферe, которая и сама продолжала непрерывно эволюционировать.
Это правда. Форма действующих физических законов в основном кристаллизовалась за одну миллиардную долю секунды в условиях постинфляционного расширения, когда Вселенная уже успела охладиться до вполне сносного миллиарда градусов. Можно было бы подумать, что в такой ситуации и правда остается немного места для разыгрывания любого дарвинистского процесса. Однако, когда речь идет о выковывании действующих законов, обретении ими жесткой формы, в расчет идет не продолжительность этого процесса, но диапазон температур, который преодолевает система. А он в ранней Вселенной очевидно огромен. Это и приводит к многочисленным переходам, а следовательно и обеспечивает простор для накапливания результатов их случайных исходов, которое и формирует законы физики и космологии при более низких температурах.
Так сколько же остается пространства для маневра? Каков баланс между изменчивостью и отбором, когда дело идет о фундаментальных законах физики? Хорошо известно, что в биологии диапазон изменчивости фантастически велик. Возможное количество генов, которое можно представить с математической точки зрения, не говоря уж об их возможных последовательностях в ДНК, намного, намного больше любого другого числа, с которым мы когда-либо сталкиваемся, и лишь мельчайшая часть этих молекулярных комбинаций реализуется в живых организмах Земли. Это гигантское пространство конфигураций означает, что в биологии царит всеподавляющая случайность и что биологическая эволюция – явление в высшей степени разнонаправленное. И конечно, количество информации, заключенное в древе жизни, которое растет из множества «замороженных случайностей» в ходе эволюции, намного перевешивает то, что следует из чисто химических и физических законов. Потому-то Гулд и другие заявляют, что, если бы мы могли перезапустить часы и начать биологическую эволюцию сначала, мы получили бы совершенно другое древо жизни.
Но было ли столь же широким поле возможностей на заре горячего Большого взрыва? Определяется ли структура ветвей древа физических законов, изображенного на рис. 35, в первую очередь глубокими математическими симметриями, таящимися в его корнях, или она в основном сформирована историческими случайностями? Это очевидно критический пункт, принципиально важный для космологов – адептов мультивселенной.
Чтобы прочувствовать весь спектр открывающихся здесь возможностей, нам в нашем странствии придется сделать еще один шаг в сторону объединения и включить в рассмотрение гравитацию.
Как я уже упоминал, расширение Великого объединения с целью включить в него гравитацию ставит проблемы совершенно другого масштаба. Начнем с того, что общая теория относительности Эйнштейна описывает гравитацию в терминах жесткого классического поля – ткани пространства-времени, – в то время как в Стандартной модели и ТВО речь идет о вибрирующих квантовых полях. Следовательно, объединенная теория, видимо, потребует квантового описания гравитации и пространства-времени. Евклидов подход Стивена к квантовой гравитации обеспечивает, по крайней мере приближенно, выполнение именно этого условия, но геометрии мнимого времени, на которых этот подход основан, обладают только некоторыми общими свойствами квантового мира гравитации. Они почти не освещают природу микроскопических квантов, скрывающихся за пространством-временем. И даже более того – оказалось, что применения квантовых полей недостаточно для того, чтобы прийти к полномасштабному квантовому описанию гравитации. Дело в том, что квантовые флюктуации поля пространства-времени неограниченно усиливаются на все более малых масштабах. Микроскопические флюктуации пространства-времени создают самоусиливающийся цикл еще более яростных вибраций, которые разрушают его собственную основную структуру. И в отличие от других полей, которые колеблются на фиксированном фоне пространства и времени, гравитация есть пространство-время. Это и есть главная трудность объединения гравитации с квантовой теорией.
И тут появляется теория струн. В середине 1980-х теоретики нашли восхитительный новый подход к формулировке квантовой теории гравитации: они заменили точечные частицы струнами, которые стали рассматриваться как основные составляющие физической реальности. Центральное положение теории струн заключается в том, что, если бы мы могли препарировать материю на все более малых масштабах, намного меньших, чем самые малые, которых мы можем достичь на крупнейших ускорителях частиц, то мы бы обнаружили глубоко скрытые во всех частицах крохотные вибрирующие нити энергии – их-то физики и назвали струнами.