Вскоре после смерти Шварцшильда тот же механизм был применен к еще более крупным объектам, галактикам, и предрек, что странные космические миражи, дуги или арки света, плавающие в центре далекой Вселенной, существуют. Это были образы еще более отдаленных галактик, чей свет исказился на пути к нам. Галактики, соответственно, действовали как космические линзы, позволяя нам видеть сквозь них еще дальше, глубже в историю нашей Вселенной. Такие линзы и миражи были обнаружены через шестьдесят с лишним лет после публикации работы Эйнштейна, в 1979 году. Теперь их можно увидеть почти на каждом изображении глубокого космоса, полученного с помощью телескопов. Попутно они показывают, что геометрическая интерпретация гравитации Эйнштейна работает не только в непосредственной близости от Солнца, но и во всем космическом пространстве.
Общая теория относительности дала нам новое видение Вселенной.
Вы, я, все и всё окружены всей той информацией, достигающей нас сейчас, в этот момент, из прошлого. Мы располагаемся в центре нашей видимой реальности, и все в этой реальности подчиняется закону Эйнштейна, кроме внутреннего содержимого черных дыр. То же самое относится к нашему пониманию материи и света: вся видимая Вселенная управляется теми же законами, что применяются в наших космических окрестностях. Материя, из которой мы состоим, свет, отражающийся от нашей кожи, – все они подчиняются тем же квантовым законам, что и повсюду в видимой Вселенной.
Связывание законов дальних галактик с законами близлежащих галактик привело к открытию того, что наша Вселенная имеет историю, что в своем прошлом она пережила Большой взрыв, что прошлые космические эпохи можно прочитать по звездам вплоть до той точки, в которой свет полностью перестает распространяться. Этот момент, это место в прошлом Вселенной, когда пространство стало достаточно обширным, чтобы позволить свету свободно передвигаться, мы назвали поверхностью последнего рассеяния. Когда она исчезла, Вселенная имела температуру 3000 °C. До этого момента вся Вселенная была светонепроницаемой. После него она стала прозрачной. То, что сегодня осталось от излучаемой ей температуры, называется космическим микроволновым фоновым или реликтовым излучением. Оно несет в себе отпечатки того, что существовало раньше.
Помимо этого прошлого, наблюдение за ночным небом может привести лишь к косвенным умозаключениям о том, что было когда-то. Однажды мы сможем использовать не зависящие от света датчики, работающие, скажем, на гравитационных волнах, – и тогда мы получим возможность непосредственно принимать более отдаленные сигналы, но мы еще не на том уровне развития. До тех пор нам необходимо воссоздать условия, существовавшие когда-то повсеместно в чрезвычайно крошечном объеме, которым была ограничена наша Вселенная, чтобы понять, что произошло.
Начиная с 70-х годов прошлого века, ускорители элементарных частиц занимаются именно этим. И они привели нас к беспрецедентному уровню доверия теориям, используемым для исследования мира частиц и света. Квантовые теории поля дали нам реалистичную картину того, из чего была создана и существует Вселенная, вплоть до миллиардной миллиардной миллиардной доли секунды после предполагаемого рождения известных нам пространства и времени, рождения, существование которого и предсказала общая теория относительности Эйнштейна.
И с 70-х же годов нам известно, что общая теория относительности ограничена, что существуют пределы того, что она может достичь. В местах ее просчетов необходима новая теория – квантовая теория гравитации и многое другое. В чем будет состоять эта теория, мы пока не знаем.[65] Но знаем, что она должна быть. И испарение черных дыр – намек на ее существование.
Уменьшаясь в размерах, чтобы найти возможное местонахождение будущей теории, вы в конечном итоге попали в полностью новую реальность, реальность, состоящую из струн, бран и дополнительных измерений. Это был шаг в теорию струн, являющуюся, пожалуй, столь же популярной, как квантовая теория гравитации или теория всего, хотя от нее еще ожидаются прогнозы, которые могут быть проверены экспериментально.
Среди этих теорий струн и бран, иногда называемых М-теорией, робот закончил миссию экскурсовода по пространству, времени и за их пределами, так как вы достигли места, куда бессильны проникнуть даже самые мощные изобретенные человечеством суперкомпьютеры. Туда способен попасть только человеческий разум. Теперь вы наконец-то можете выяснить все, что хотите знать о мире, где вы живете.
Едва ли есть сомнения в том, что грядут как теоретические, так и экспериментальные изобретения, которые выйдут за границы сегодняшних знаний, открыв новые окна во Вселенную, поразительна большую, чем может представить себе любой из ныне живущих. Общая теория относительности и квантовая теория поля могут впоследствии стать такими же совершенными, как теория Ньютона, для этого необходимо узнать, почему и где они терпят поражение и какая главнее. Сейчас, однако, они ошибочны в том же смысле, как было и в случае с Ньютоном.
И благодаря этим ошибкам мы можем заглянуть в неизвестное.
Без Ньютона, не имея образца для сравнения, мы даже не заметили бы небольшого отклонения орбиты Меркурия.
Без несоответствия Меркурия расчетам Ньютона и без неспособности Ньютона объяснить, что происходит при очень быстром движении объектов, у нас не появилось бы гипотезы Эйнштейна о том, как ткань Вселенной взаимодействует с ее содержимым.
Без уравнений Эйнштейна мы, подобно нашим предкам, оставались бы в полном неведении того, что Вселенная имеет историю. Мы не построили бы картину того, каким образом Вселенная работает как единое целое.
Без этой картины мы бы не обнаружили темную материю. И темную энергию тоже.
Ошибки необходимы, чтобы найти правильный путь, чтобы двигаться вперед.
Я надеюсь, в следующий раз смотря на звезды и Луну, вы вспомните, как загадочна, обширна и прекрасна наша Вселенная, ибо, только расширяя наше коллективное знание, мечтая, охотясь за ее скрытыми красотами и тайнами, мы найдем путь к долгосрочному выживанию человеческого рода.
Слова признательности
Написание книги – нелегкая задача. И пусть об этом реже упоминается, но все же очевидно, что написание книги также и весьма эгоистичный процесс.
Я безмерно благодарен Лорен, моему прекрасному чуду, созданному из сверкающей звездной пыли, за то, что она позволила мне так поступить, и за ее помощь на протяжении всего процесса.
Написание книги – это одно, но публикация – совсем другое дело. Мне многих нужно поблагодарить. В хронологическом порядке выражаю слова признательности следующим коллегам.
Филиппе Донован, редактору Smart Quill Editorial. Прочитав предложение моего скромного проекта (о написании «легко читаемой научно-популярной книги обо всем известном в нашей Вселенной от Большого взрыва до сегодняшнего дня»), она, вместо того чтобы спокойно отправить его в мусорную корзину, порекомендовала меня лучшему агенту.
Энтони Топпингу, лучшему агенту современности из литературного агентства Greene & Heaton. А также лучшему другу книги или автора, как я смею надеяться.
Джону Батлеру, который, я надеюсь, знает, как и я, насколько эта книга обязана ему своим появлением. Его взгляд на нее был творческим, вдохновенным, нежным, проницательным и, прежде всего, понимающим. Я рад, что у нас все еще осталось несколько нерешенных теоретических вопросов для дискуссий – в сопровождении приличного количества хорошего пива, как я надеюсь.
Кейт Риццо из литературного агентства Greene & Heaton, благодаря которой эта книга собирается облететь весь мир. И, возможно, даже выйти за его пределы. Кейт знает в этом толк.
Всем сотрудникам издательства Macmillan за их остроумие и энтузиазм. Без Робина Харви, Николаса Блейка и Уилла Аткинса эта книга никогда бы не стала читаться так легко, как сейчас, и я никогда не был бы столь горд этим.
Прежде чем я мог вручить копию этой книги моему бывшему научному руководителю, Стивену Хокингу, я должен был убедиться, что в тексте не осталось никаких ошибок. И я безмерно горд, что могу поблагодарить моих друзей-ученых, которые любезно согласились потратить свое драгоценное время на научное редактирование книги: огромное спасибо Дэвиду Тонгу, профессору теоретической физики Кембриджского университета (Великобритания); Джеймсу Спарксу, профессору математической физики Оксфордского университета (Великобритания); Эндрю Толи, доценту кафедры физики университета Кейс Вестерн Резерв (США); Кристиано Германи, научному сотруднику исследовательской группы Рамона-и-Кахаля Института космических наук Барселонского университета (Испания). Я в неоплатном долгу перед всеми вами.
Само собой разумеется, я единственный, кто виноват, если какая-то ошибка все-таки сумела прокрасться в опубликованную книгу.
Имея возможность вручить вам, уважаемый Стивен Хокинг, копию книги, я хочу использовать ее, чтобы выразить то, какой честью является для меня возможность поблагодарить вас: вы познакомили меня с чудесами теоретической физики. Всему, что я узнал о нашей реальности, я начал учиться у вас: вы научили меня, как размышлять о нашем прекрасном мире, мире, становящемся еще более прекрасным из-за существования в нем таких людей, как вы.
Об источниках
Для такой книги, как эта, трудно сказать точно, откуда взялось ее содержание. Я не из тех, кто открывает теории, но я сделал все возможное для их интерпретации.
Я предполагаю, что большая часть материала уходит своими корнями в учебники для студентов старших курсов магистратуры и дискуссий, которые я имел со Стивеном Хокингом и другими выдающимися профессорами.
Тем не менее нет никаких сомнений в том, что мои знания также основываются на лекциях и докладах кафедры прикладной математики и теоретической физики Кембриджского университета или Калифорнийского технологического института в Пасадене и Института теоретической физики имени Кавли в Санта-Барбаре, где я имел обыкновение проводить около месяца каждый год со Стивеном и другими его аспирантами: Томасом Хертогом, Джеймсом Спарксом и Ойсином Мак Конэмна.