Согласно бритве Оккама, если какое-то событие физически возможно, нам не требуется прибегать к более экстраординарным объяснениям, чтобы его обосновать. Очевидно, что требование существования всемогущего божества, которое каким-то образом существует вне нашей Вселенной (или мультивселенной) и при этом управляет всем, что в ней происходит, – это и есть экстраординарное объяснение. Следовательно, обращаться к нему следует в последнюю, а не в первую очередь.
В предисловии к этой книге я уже упоминал, что недостаточно просто определить «ничто» как «несуществование», чтобы заявить, что физика – как и наука в целом – не может ответить на этот вопрос. Приведу дополнительный, более конкретный довод. Рассмотрим пару «электрон – позитрон», которая спонтанно возникла из пустого пространства поблизости от ядра какого-то атома и в течение того краткого времени, пока она существует, влияет на свойства этого атома. Можно ли сказать, что электрон и позитрон в каком-то смысле существовали и до этого? Разумеется, при любом сколько-нибудь осмысленном определении они не существовали. Их существование было потенциально возможно, что да, то да, но это не определяет существование частиц пары в большей степени, чем потенциальное существование человеческого существа на том лишь основании, что у меня имеются сперматозоиды, а поблизости находится женщина, у которой сейчас овуляция, и мы с ней в принципе могли бы вступить в сексуальные отношения. По-моему, лучший ответ на вопрос, каково это, когда ты умер (то есть не существуешь), – это предложение представить себе, каково тебе было, когда тебя еще не зачали. Так или иначе если бы потенциальная возможность существования была бы тождественна существованию, то вопрос о мастурбации обсуждался бы в наши дни так же горячо, как легализация абортов.
В рамках проекта Origins в Университете штата Аризона, которым я руковожу, не так давно прошел семинар о происхождении жизни, и я не удержусь от соблазна поместить наши космологические рассуждения в этот более широкий контекст. Мы пока не до конца понимаем, как появилась жизнь на Земле. Однако мы не только выяснили, какие именно химические механизмы могли бы к этому привести, но и с каждым днем все ближе и ближе подходим к тому, чтобы понять, какие конкретно пути привели к естественному возникновению биомолекул, в том числе РНК. Более того, дарвиновская эволюция на основе естественного отбора дает убедительную и точную картину возникновения сложных форм жизни на нашей планете после того, как тот или иной специфический химический процесс привел к возникновению первых самовоспроизводящихся клеток с обменом веществ, позволяющим получать энергию из окружающей среды. (Это лучшее определение жизни, которое я могу дать сейчас.)
Едва Дарвин – пусть и неохотно – отказался от необходимости Божественного вмешательства в эволюцию современного мира, в котором так много самой разной жизни (хотя и оставил место гипотезе, что именно Господь вдохнул жизнь в первые живые существа), наше нынешнее понимание Вселенной, ее прошлого и будущего делает более вероятным, что «нечто», скорее всего, возникло из ничего исключительно по физическим причинам, без всякого наущения свыше. Однако трудности, связанные с техникой наблюдений, и соответствующие теоретические сложности не позволяют выяснить все подробности, и я думаю, что нам придется удовлетвориться этим самым «скорее всего». Но даже само это «скорее всего», с моей точки зрения, огромный шаг вперед, поскольку у нас хватает отваги вести осмысленную жизнь во Вселенной, которая, весьма вероятно, возникла и, возможно, исчезнет безо всякой цели – и уж точно не ради нас как венца творения и центра мироздания.
Теперь вернемся к одному из самых примечательных качеств нашей Вселенной: насколько мы в состоянии измерить, она очень близка к плоской. Напомню, что уникальная черта плоской Вселенной, по крайней мере на масштабах, где в ней преобладает вещество в виде галактик и где действует Ньютоново приближение, состоит в том, что в плоской, и только в плоской Вселенной средняя Ньютонова гравитационная энергия любого объекта, участвующего в расширении, в точности равна нулю.
Я подчеркиваю, что это – фальсифицируемый постулат: все не обязано быть именно так. Ничто не требует подобной картины, кроме теоретических рассуждений о том, какой должна быть Вселенная, возникшая естественным образом из ничего – или, по крайней мере, почти из ничего.
Невозможно преувеличить важность того, что, как только при рассуждениях о мироздании мы начинаем учитывать гравитацию, мы уже не можем произвольно определить полную энергию системы и игнорировать то обстоятельство, что у этой энергии есть и положительная, и отрицательная составляющие. Нельзя произвольно определять полную гравитационную энергию объектов, которые увлекает за собой расширение Вселенной, как нельзя и произвольно определять геометрическую кривизну Вселенной. Согласно ОТО, это свойство пространства как такового, и определяется оно количеством энергии, которая содержится в пространстве.
Я говорю это, поскольку утверждалось, что заявление о равенстве нулю полной Ньютоновой гравитационной энергии каждой галактики в плоской расширяющейся Вселенной произвольно, что сгодилось бы любое другое значение, но ученые «определяют» нулевую точку, чтобы иметь аргумент против Бога. Именно так говорил, например, Динеш Д’Суза в дебатах о существовании Бога с Кристофером Хитченсом. Ничто не может быть дальше от правды. Работа по определению кривизны Вселенной – результат полувековых трудов ученых, которые посвятили жизнь изучению подлинной природы Вселенной, а не навязывали ей свои прихоти. В течение 1980-х и даже в начале 1990-х гг., уже через весьма значительное время после того, как были выдвинуты первые доводы, почему Вселенная должна быть плоской, мои коллеги-наблюдатели были склонны считать, что это не так. Ведь в науке оказывает самое сильное влияние (и часто удостаивается самых крупных заголовков) не тот, кто плывет по течению, а тот, кто выгребает против него.
Так или иначе последнее слово осталось за данными, и оно уже произнесено. Наблюдаемая Вселенная предельно близка к плоской – близка настолько, насколько мы можем измерить. Ньютонова гравитационная энергия галактик, движущихся вместе с хаббловским расширением, равна нулю независимо от наших пожеланий.
Теперь я хочу рассказать, почему если наша Вселенная возникла из ничего, то следует ожидать как раз того, что она будет плоской и с нулевой полной Ньютоновой гравитационной энергией каждого объекта. Это объяснение не совсем очевидно, и мне не вполне удалось донести его до слушателей моих популярных лекций, поэтому я рад, что у меня наконец-то появилось достаточно места, чтобы разложить все по полочкам.
Для начала надо четко понимать, какое именно «ничто» мы будем обсуждать. Это самая простая версия «ничего», то есть пустое пространство. Для начала предположим, что существует пространство, в котором нет ничего, а еще существуют законы физики. Опять же я отдаю себе отчет, что если взять определение «ничего» в обновленном и пересмотренном виде, – а такие определения предлагают те, кто хочет постоянно придавать словам новый смысл, так, чтобы никакое научное определение не было практически применимо, – то эта версия «ничего» не будет соответствовать нашим ожиданиям. Однако подозреваю, что пустое пространство, в котором ничего нет, – это, пожалуй, хорошее приближение к «ничему» в понимании Платона и Фомы Аквинского, когда они задумывались о том, почему на свете есть нечто, а не ничего.
Как мы убедились в главе 6, Алан Гут объяснил в деталях, как именно можно получить нечто из подобного рода «ничего» – тот самый бесплатный обед по высшему разряду. Пустому пространству можно приписать ненулевую энергию даже в отсутствие вещества и излучения. ОТО говорит, что пространство будет экспоненциально расширяться, так что даже те области, которые поначалу были очень-очень малы, быстро достигают размера, в который свободно поместится вся Вселенная, которую мы сегодня видим.
В той же главе я рассказал, что при таком стремительном расширении область, в которую в конечном итоге войдет вся наша Вселенная, будет становиться все более и более плоской, хотя энергия, содержащаяся в пустом пространстве, при росте Вселенной тоже растет. Это явление можно объяснить без каких-либо подтасовок или вмешательства свыше. Это возможно, потому что гравитационное «давление», связанное с подобной энергией пустого пространства, на самом деле отрицательно. Отрицательное давление предполагает, что, когда пространство расширяется, расширение накачивает его энергией, а не наоборот.
Эта картина подразумевает, что, когда инфляция прекращается, энергия, заключенная в пустом пространстве, превращается в энергию реальных частиц и излучения, что, в сущности, и создает прослеживаемую историю расширения Вселенной, начавшегося с Большого взрыва. Я говорю о возможности проследить историю расширения, поскольку при инфляции, в сущности, стирается вся память о состоянии Вселенной до его начала. Все сложности и нерегулярности на первоначально больших масштабах (если существовавшая до того Вселенная или метавселенная была большой и даже бесконечно большой) сгладились и/или ушли так далеко за наш сегодняшний горизонт, что после достаточно продолжительного инфляционного расширения мы будем всегда наблюдать практически однородную Вселенную.
Я называю ее практически однородной, поскольку в той же главе 6 рассказал, что квантовая механика всегда оставляет локальные мелкие флуктуации плотности, которые при инфляции «замораживаются». Это приводит ко второму поразительному последствию инфляции: эти мелкие флуктуации плотности в пустом пространстве, возникшие согласно законам квантовой механики, впоследствии отвечают за все структуры, которые мы сегодня наблюдаем во Вселенной. Так что и мы сами, и все, что мы видим, есть результат квантовых флуктуаций в том, что, в сущности, представляло собой ничто в самом начале времен, а именно во время инфляционного расширения.