Такое положение дел отражено в едкой карикатуре из моей любимой серии веб-комиксов xkcd[23]. Один персонаж говорит другому: «У меня блестящая мысль. А вдруг все вещество и энергия сделаны из крошечных вибрирующих струн?» На что второй ему отвечает: «Хорошо. А что из этого следует?» На что первый признается: «Не знаю…»
Если говорить немного серьезнее, то Фрэнк Вильчек, лауреат Нобелевской премии по физике, однажды сказал, что те, кто работает над теорией струн, изобрели новый способ изучать физику, нечто вроде новых правил игры в дартс. Сначала бросаешь дротик просто в стену, а потом подходишь и рисуешь мишень вокруг того места, куда он воткнулся.
Ремарка Фрэнка точно отражает шумиху, которую подняли вокруг теории струн, однако не надо забывать о том, что те, кто над ней работает, всерьез пытаются понять, какие принципы правят миром, где мы живем.
Как ни странно, изобилие возможных четырехмерных вселенных, которое раньше так смущало специалистов по теории струн, в наши дни превратилось в достоинство этой теории. Можно представить себе, сколько разных четырехмерных (а также пятимерных, шестимерных, и т. д.) вселенных может таиться в десятимерной «мультивселенной» – и в каждой будут свои законы физики, более того, своя энергия пустого пространства.
Хотя все это звучит как досужие домыслы, но похоже, что это автоматически следует из теории струн – и тогда она действительно создает «ландшафт» мультивселенной, который может обеспечить естественные условия для перехода к антропному пониманию энергии пустого пространства. В таком случае нам не требуется бесконечное множество возможных вселенных, разделенных в трехмерном пространстве. Вместо этого мы можем себе представить бесконечное множество вселенных, упакованных над отдельной точкой в нашем пространстве и для нас невидимых, но при этом свойства у каждой из них совершенно разные.
Подчеркну, что эта теория не так тривиальна, как богословские рассуждения св. Фомы Аквинского, могут ли несколько ангелов занимать одно и то же место – идея, которую богословы следующих поколений высмеивали как бесплодные спекуляции о том, сколько ангелов поместится на кончике иглы или, скажем, на головке булавки. Фома Аквинский сам ответил на свой вопрос, заявив, что в одном и том же месте может быть только один ангел, но никакого теоретического или экспериментального подтверждения он не дал. (Кстати, если говорить о бозонных квантовых ангелах, он все-таки ошибался.)
Имея такую картину и адекватный математический аппарат, можно, в принципе, рассчитывать, что получатся настоящие физические прогнозы. Например, можно вывести вероятностное распределение, которое описывало бы шансы обнаружить ту или иную четырехмерную вселенную в зависимости от ее типа в мультивселенной большей размерности. Например, может оказаться, что в подавляющем большинстве тех вселенных, где энергия вакуума низкая, существует три семейства элементарных частиц и четыре фундаментальных взаимодействия. А может оказаться и так, что только во вселенных с низкой энергией вакуума возможна электромагнитная сила большого радиуса действия. Любой подобный результат обеспечивает более или менее убедительные доводы в пользу того, что вероятностное антропное объяснение энергии пустого пространства, иначе говоря, вывод о том, что существование Вселенной с низкой энергией вакуума, похожей на нашу, не является невероятным, основано на прочном физическом фундаменте. Однако математика пока что не обеспечила нас соответствующим инструментарием и не исключено, что это ей так и не удастся. Но наше теоретическое бессилие вовсе не означает, что природа не реализовала эту возможность на деле.
А пока что физика элементарных частиц продвинула антропную аргументацию еще на шаг вперед.
Специалисты по физике элементарных частиц обходят космологов на целый корпус. Космология породила совершенно необъяснимую величину – энергию пустого пространства, о которой мы практически ничего не знаем. Но ведь в физике элементарных частиц необъяснимых величин было гораздо больше и они оставались необъясненными гораздо дольше!
Например, почему существует именно три поколения элементарных частиц – электрон и его более тяжелые родичи мюон и тау-лептон – или три разных набора кварков, из которых набор с самой низкой энергией составляет основу всего вещества на Земле? Почему гравитация настолько слабее прочих сил в природе, например электромагнетизма? Почему протон почти в 2000 раз тяжелее электрона?
Некоторые специалисты по физике частиц в наши дни ухватились за антропный принцип в его крайних проявлениях: возможно, дело в том, что все их старания объяснить эти загадки физическими причинами пока что ни к чему не привели. Ведь если какая-то одна фундаментальная величина не более чем случайность, вдруг и большинство остальных (если не все) тоже случайны? Вдруг ответ на все загадки теории частиц – одна и та же мантра: была бы Вселенная устроена иначе, мы не могли бы в ней жить?
Возникает вопрос: можно ли вообще считать подобное решение тайн природы решением, а главное, является ли оно научным в нашем понимании? Ведь последние 450 лет цель науки вообще и физики элементарных частиц в частности состояла именно в том, чтобы объяснить, почему Вселенная именно такова, как показывают наши измерения, а не почему законы природы в общем виде должны порождать вселенные с совсем другими свойствами.
Я уже пытался объяснить, почему дело не совсем в этом, то есть почему многие уважаемые ученые стали приверженцами антропного принципа и почему многие так старались разобраться, позволяет ли он узнать нечто новое о нашей Вселенной. А теперь давайте сделаем следующий шаг и попытаемся объяснить, как существование вселенных, которые никогда не удастся пронаблюдать (они либо удалены от нас на практически бесконечное расстояние в пространстве, либо находятся у нас прямо под носом, однако отделены исчезающе малыми расстояниями в возможных дополнительных измерениях), все-таки может быть подвергнуто определенной эмпирической проверке.
Представьте себе, к примеру, что мы изобрели теорию, основанную на объединении как минимум трех из четырех взаимодействий, – какую-то Великую Теорию Объединения, предмет неустанного напряженного интереса тех специалистов по физике элементарных частиц, кто не оставил попытки искать фундаментальные теории в четырех измерениях. Подобная теория позволяла бы делать предсказания о фундаментальных силах, которые мы измеряем, и о том спектре элементарных частиц, который мы изучаем на ускорителях. Если бы такая теория позволяла делать много предсказаний, которые впоследствии подтверждались бы экспериментально, у нас была бы веская причина полагать, что она содержит зерно истины.
А теперь представьте себе, что эта теория предсказывает еще и период инфляции в ранней истории Вселенной, более того, предсказывает, что наша эпоха инфляции – всего лишь один из бесчисленного множества подобных эпизодов в вечно расширяющейся мультивселенной. Даже если бы мы можем непосредственно исследовать, существуют ли подобные области за пределами нашего горизонта, все равно, как я уже говорил, если кто-то ходит, как утка, и крякает, как утка… В общем, сами понимаете.
Найти какие-либо эмпирические доводы в пользу идеи дополнительных измерений и смежных с ней – дело намного более сложное, но все же не безнадежное. Многие блестящие юные теоретики посвящают профессиональную карьеру разработке этой теории, рассчитывая дойти до того этапа, когда появятся какие-то свидетельства ее верности, пусть и косвенные. Возможно, надежды их напрасны, но они, что называется, «проголосовали ногами». Вероятно, новый Большой адронный коллайдер, расположенный в окрестностях Женевы, поможет выявить скрытое пока окно в новые области физики.
Итак, после 100 лет поразительного, поистине беспрецедентного прогресса в понимании природы мы смогли исследовать Вселенную на масштабах, которые раньше были просто невообразимы. Мы разобрались в природе Большого взрыва вплоть до первых его микросекунд, мы открыли, что существуют сотни миллиардов новых галактик, в которых сотни миллиардов новых звезд. Мы выяснили, что 99 % Вселенной для нас невидимы, поскольку это темное вещество, состоящее, скорее всего, из какой-то принципиально новой разновидности элементарных частиц, а в еще большей степени – темная энергия, чье происхождение в настоящее время для нас полнейшая тайна.
И после всего этого может случиться так, что физика превратится в «науку об окружающей среде». Фундаментальные постоянные, которым мы так долго приписывали особую роль, возможно, приобрели ее по чистой случайности. Если мы, ученые, склонны относиться к себе и своей науке слишком серьезно, может быть, мы и к своей Вселенной относимся слишком серьезно. Может быть, мы подняли много шума из ничего – и в переносном, и в буквальном смысле. Может, мы подняли слишком много шума и вокруг того Ничто, которое доминирует в нашей Вселенной! Или наша Вселенная – всего лишь капелька, затерявшаяся в необъятном океане возможных миров – в мультивселенной. А может, мы так и не сможем разработать теорию, которая покажет, почему наша Вселенная должна была стать такой, какова она есть.
А может, когда-нибудь мы ее все-таки разработаем.
Такова наиболее точная картина реальности в нашем нынешнем понимании. Она создана трудом десятков тысяч выдающихся ученых умов за последние 100 лет – благодаря созданию самых сложных в истории приборов и разработке самых прекрасных и самых сложных идей, какие только удавалось придумать человечеству. Это картина, создание которой подчеркивает самое лучшее в человеке – способность представлять себе, как разнообразно может быть все сущее, и азарт, позволяющий отважно исследовать это разнообразие, не перекладывая ответственность на какую-то непонятную созидательную силу или на Творца, который по определению непостижим. Тому, что мы черпаем мудрость в этом опыте, мы обязаны только самим себе. А иначе мы бы оказали медвежью услугу гениальным храбрецам, которые помогли нам выйти на нынешний уровень знаний.