Как появилась Вселенная? Большие и маленькие вопросы о космосе

Где мы побывали?

В этой книге мы познакомились с прошлой, настоящей и будущей историей Вселенной – по крайней мере, в пределах нашего понимания этой истории, – и убедились: насколько квантовая физика и общая теория относительности различны, настолько они неразделимы и в равной мере необходимы нам, если мы хотим понять внутренние механизмы нашего космоса.

На протяжении всей истории Вселенной, от её рождения в пламени Большого Взрыва и до нынешней эпохи, когда ярко сияют звёзды и цветёт жизнь (во всяком случае, на нашей маленькой планете), мы способны разглядеть внутренние движущие силы развития космоса. Даже заглядывая в далёкое будущее Вселенной, мы можем догадываться об ожидающих её тёмных веках, о времени, когда не будет больше света звёзд и когда в самом конце мира вещество растворится в темноте. Мы можем видеть прошлое и будущее благодаря законам физики, описывать времена, которых не видел ни один человек, при помощи языка математики. Мы можем путешествовать во времени, пользуясь наблюдениями и воображением астрономов и космологов.

То, что мы с такой уверенностью представляем себе состояние Вселенной через долю секунды после Большого взрыва или через много триллионов лет, в будущем, которого никто из нас не увидит – свидетельство успехов современной науки. Это та же самая наука, на которой основываются технические достижения нашей цивилизации, которая позволяет создавать устройства, способные заглядывать внутрь повреждённых органов, умеет доставлять почти неограниченные количества информации в компьютеры, умещающиеся на ладони, помогает вам не заблудиться по пути на вечеринку. Современная наука – то, чем все люди должны гордиться.

Но её развитие никогда не заканчивается, и всегда есть вопросы, которые ждут ответа. Наше понимание основ Вселенной далеко от завершённости. В начале нашей книги мы отмечали, что современная физика построена на двух на первый взгляд несовместимых идеях. Гравитация, которая управляет Вселенной на больших масштабах, описывается на математическом языке общей теории относительности Эйнштейна, а действие других сил – электромагнетизма, сильной и слабой ядерных сил – на языке квантовой механики.

Из предыдущих глав должно быть ясно, что при описании прошлого, настоящего и будущего Вселенной космологи должны каким-то образом объединять эти две несовместимые на вид идеи. Во многих случаях удаётся выкрутиться: хотя и гравитация, и остальные силы способны играть важнейшую роль, они часто могут рассматриваться независимо друг от друга. Но в других ситуациях они тесно переплетены: квантовые эффекты влияют на гравитацию, гравитация воздействует на кванты. Именно в местах, где это происходит, – в недрах чёрных дыр, при рождении Вселенной, – и отыскиваются разгадки её главных тайн.

На оставшихся нескольких страницах книги мы попытаемся заглянуть в более близкое будущее – непосредственное будущее нашей науки – и подумать о том, каким может стать следующее научное прозрение и какие тайны Вселенной оно нам раскроет. Но давайте начнём с одной мечты – мечты о «теории всего». Физики надеются открыть единый математический подход, в рамках которого можно будет описать и гравитацию, и квантовые силы одной системой уравнений. Они надеются, что при помощи этого аппарата удастся раскрыть все тайны Вселенной: мы увидим, что происходит в самых таинственных местах, в том числе в центрах чёрных дыр, и поймём, наконец, откуда всё взялось.

Поиски «теории всего» занимали умы многих физиков на протяжении многих лет. Даже Эйнштейн пытался вплести силы электричества и магнетизма в своё описание искривлённого и изогнутого пространства и времени. Пробовали это сделать и другие. Почти сразу после того, как была создана теория относительности, Теодор Калуца и Оскар Кляйн независимо друг от друга попытались представить электромагнетизм и квантовую механику в форме дополнительных измерений в эйнштейновском четырёхмерном пространстве-времени.

Начатый Эйнштейном квест продолжается и по сей день: учёные пытаются унифицировать все фундаментальные силы. Физики пробовали разные подходы, рассматривали различные предположения в поисках нового математического языка Вселенной. Одни двигали вперёд уже известную математику, добавляя к ней новые разделы: не откроют ли они перед нами новые горизонты? Другие пытались расщеплять частицы Вселенной на новые, ещё меньшие части, и строить новую физику с самого начала. Третьи пошли ещё дальше – они разделяли и расщепляли на малые дискретные дольки само пространство-время, чтобы Вселенная как таковая вырастала из какого-то ещё более фундаментального построения. Но до сегодняшнего дня все эти попытки проваливались.

Может быть, кто-то из читающих эти строки совершит наконец долгожданный прорыв! Что для этого нужно?