Немецкий физик Филипп Жолли попал в анналы физики благодаря утверждению, что в этой науке уже открыто практически все. В конце XIX века он рекомендовал молодому Максу Планку отказаться от изучения физики. “Где‐нибудь в уголке, может, и остались какая‐то случайная пылинка или небольшой пузырек – пробелы, которые нужно исследовать и классифицировать, но система в целом достаточно надежна”, – вот какие его слова запомнились Планку. Свежеиспеченный студент университета Планк не изменил своего решения. Он распахнул двери для теории относительности Эйнштейна и стал основоположником квантовой физики.
“Значит, так все и будет продолжаться? Именно так?” – спрашиваю я себя. И я не единственный, кто задается этим вопросом[215]. Возможно, следующее большое открытие как раз и будет состоять в том, что открыть все невозможно. Осознание ограниченности наших возможностей – это еще и осознание необходимости смирения, умения принять неизбежное.
Ведь если вдуматься, то, по сути, новая физика основывается на ограничениях нашего знания, ставших одним из основных элементов физики как таковой. Тот факт, что в теории относительности скорость света конечна, означает, что мы не можем знать все: не можем подсчитать все звезды во Вселенной, не можем все точно измерить, не можем предсказать все с абсолютной точностью. Квантовая теория с ее принципом неопределенности Гейзенберга говорит нам, что ничто не может быть определено точно. Термодинамика и теория хаоса готовят нас к тому, что в конечном счете будущее непредсказуемо.
На сегодняшний день мы с помощью самых современных методик определили местоположение около двух миллиардов звезд из их общего числа в нашей Галактике. Это ничто в сравнении с количеством всех звезд во всех галактиках космоса. Нам никогда не удастся составить их полный каталог, не говоря уже о том, чтобы посетить эти звезды. Они – доносящееся до нас эхо прошлого. Многие из звезд уже не существуют, так что мы видим только исходивший от них много лет назад свет. Даже если бы у нас была возможность путешествовать со скоростью света, из‐за продолжающегося расширения Вселенной нам никогда не удалось бы достичь 94 процентов тех галактик, которые мы видим сегодня[216].
В соответствии со всем, что мы знаем, и согласно достигнутому на сегодняшний день консенсусу Большой взрыв и черные дыры – научная реальность. Но признание этой реальности повлекло за собой и признание реальностью связанных с Большим взрывом и черными дырами ограничений. Все, что за пределами этих ограничений, по‐прежнему относится к области математики и воображения. Мы не можем ни заглянуть в черную дыру, ни “услышать” время до Большого взрыва.
Естественно, мы будем по‐прежнему стараться раздвинуть эти пределы и найти щель, которая позволила бы нам посмотреть на то, что ранее было недоступно изучению. Однако нет гарантии, что такая щель существует. Любое фундаментальное расширение горизонтов науки потребует радикальной революции во всем, к чему мы пришли в физике. Допустит ли физика что‐то подобное? Какими бы громкими словами мы ни описывали ее историю, задним числом становится ясно, что развитие науки – это длинный эволюционный процесс, а не результат нескольких революций. Эйнштейн не отменил теорию Ньютона. В определенном смысле он отметил ее ограниченность и указал ее место в новой, более полной теории.
Разгадка последних больших тайн физики потребует объединенных усилий всего мира. Захватывающе интересные события ожидают нас в течение многих будущих десятилетий. Но что если и этого окажется недостаточно? Не потребуются ли нам гигантские интерферометры с десятками колоссальных телескопов, разбросанных по всему космосу? И ускорители частиц размером с планету? Кто за все это будет платить? Это вообще реально? А даже если реально, удастся ли получить ответы на все наши вопросы?
Не является ли, спрашиваю я себя, самый большой триумф естественных наук одновременно и их величайшим поражением? Ведь вполне возможно, что в разгар финальной битвы за окончательное покорение и полное понимание устройства мира мы осознаем, что в своей гордыне преследуем мираж и что сама по себе наука не приблизит нас ни на шаг к ответу на жизненно важные вопросы.
Можно ли исключить, что на важнейшие вопросы – “Откуда мы взялись и куда идем?” – вообще нельзя ответить с помощью технологий? Не иллюзорна ли наша убежденность в том, что нам все под силу? Нет, это не значит, что мы должны перестать спрашивать, однако же к природе, к Богу и к вопросам о нашем существовании нам придется относиться с большим смирением.
Впереди нас ждет еще много радостных мгновений, связанных с грядущими научными исследованиями, но они сами по себе – не сакральная цель. Наука – не абсолютный метод, объясняющий все в мире и за его пределами, а скорее торжество креативности человека и его любопытства. В конечном счете мы, физики, скорее всего проиграем последнюю битву за получение ответов на важнейшие вопросы, однако борьба за свет, разгоняющий тьму, и сама по себе дорогого стоит.
Кажется, что наука обладает пророческим даром, – ведь она делает удивительные предсказания! Способность предсказывать – основное требование, предъявляемое наукой к самой себе, а для многих людей – ее впечатляющее достижение. Полет мяча, поведение материалов, отклонение света вблизи Солнца или появление черных дыр – все это можно прекрасно рассчитать заранее. Сегодня даже прогнозы погоды стали вполне приемлемыми, и ученые полным ходом работают над прогнозом развития пандемии коронавируса. Может, когда‐нибудь мы достигнем состояния полной предсказуемости всего? И все будет предопределено? Но против этого восстает наша интуиция, и, к счастью, она права.
В молодости я задумывался над тем, что такое время. Я представлял себе время как окутанный густым туманом лес, через который я иду, не останавливаясь. Только Бог, посмотрев сверху, может разглядеть в тумане все возможные лесные тропинки; только Он видит одновременно и прошлое, и будущее. А я сам вижу лишь небольшой кусочек тропинки перед собой и небольшой кусочек тропинки позади себя. Мало-помалу передо мной из тумана неопределенности проступает будущее; позади же меня исчезает в тумане памяти прошлое. Порой я иду через лес быстро, порой медленно, но никогда не могу остановиться. На каждой развилке я должен принять новое решение, которое изменяет мою траекторию и ведет меня в новое, неизведанное будущее. Другие люди тоже шагают в этом туманном лесу по своим собственным тропинкам. Иногда я сталкиваюсь с ними, иногда мы идем вместе, иногда теряем друг друга из виду…
Но почему в этом туманном лесу мы движемся только в одном направлении? Почему в реальной жизни время течет только вперед? Почему в каждой точке стрела времени указывает лишь в одном направлении? И почему наше видение будущего ограничено?
Ведь в пространстве можно двигаться вперед и назад, влево и вправо и даже вверх и вниз. А еще в пространстве можно опять и опять возвращаться в одно и то же место. Со временем дело обстоит иначе. Время как параметр входит во многие уравнения физики, и в этих уравнениях время можно ускоренно перематывать вперед и назад, словно кинопленку. Но в реальной жизни, как бы нам того иногда ни хотелось, повернуть стрелки часов вспять невозможно.
Чтобы разобраться в этом, надо обратиться одновременно ко всем разделам физики: к квантовой физике – теории, имеющей дело с очень малыми объектами, к общей теории относительности – теории, описывающей очень большие объекты, и, наконец, к термодинамике – теории, имеющей дело с большим числом частиц.
Без времени нет развития, и это бесспорно. Оно и благословение, и проклятие. Ему мы обязаны как своим рождением и приобретением опыта, так и угасанием – смертью. Существование времени означает наличие начала и конца. В статической Вселенной нет ничего, из‐за чего можно страдать или что можно потерять, но нет и ничего такого, что можно испытать или открыть.
Вообще в физике появление времени интерпретируется как следствие энтропии – неотвратимого конца. В отличие от многих других законов физики второй закон термодинамики, относящийся к энтропии, определяет ее изменение только в одном направлении: энтропия должна увеличиваться. Точно так же, как время. Если сжечь книгу, чтобы поддержать работу паровой машины, та же самая книга никогда спонтанно не возродится из пепла. Где бы ни совершалась работа, куда бы ни прилагалась энергия, небольшая часть энергии теряется и исчезает в виде растущего беспорядка. Чтобы жить, дышать и двигаться, мы используем энергию и увеличиваем энтропию. По этой причине любое живое существо может двигаться во времени только в одном направлении.
Гравитация – тоже странная улица с односторонним движением. Электрические заряды могут быть как положительными, так и отрицательными, они могут притягиваться и отталкиваться; у магнитных полей есть северный и южный полюс, и только у гравитации нет своей “противоположности”. Массы всегда лишь притягиваются. В гравитационном поле Земли яблоко всегда падает только вниз, а черные дыры всегда только растут.
Но именно это “одностороннее движение” делает развитие возможным. Если бы после Большого взрыва вообще не было гравитации, газ и другая материя потерялись бы в пустоте космоса. Никогда не сформировались бы звезды, в ходе эволюции не появился бы человек. Без гравитации не светило бы Солнце, не росли бы растения, людям нечего было бы есть. Гравитации мы обязаны своим существованием.
У наводящего тоску закона, согласно которому энтропия всегда только возрастает, имеется, однако, и положительное следствие – целенаправленно используя энергию, можно уменьшить энтропию в определенных местах. Затратив немного энергии, я могу убрать в детской или написать книгу – и все это за счет полной энергии Вселенной. Только стрела времени и гравитация обеспечивают возможность существования в космосе островков креативности. Главный вопрос заключается в том, откуда изначально взялась вся эта энергия? Это остается одной из величайших загадок Вселенной.