Почему вселенная существует: Почему существует Вселенная? Философ и писатель Джим Холт о тайнах бытия |

Содержание

Почему существует Вселенная? Философ и писатель Джим Холт о тайнах бытия

Почему существует мир, почему в нём есть мы, почему вообще что-то есть вместо пустоты? Артур Шопенгауэр сказал, что те, кому неинтересен вопрос бытия, страдают слабоумием. Довольно категоричное заявление, но нас-то вопрос интересует, так ведь?

Философ и писатель Джим Холт, задумавшись над этой задачей, рассмотрел различные варианты ответов, составил уравнения, разоблачил элегантную Вселенную и рассказал о плюсах и минусах посредственной реальности. О своих выводах он рассказал на конференции TED.

Выступление Джима Холта с лекцией «Почему существует Вселенная?» с русскими субтитрами (ниже стенограмма):

Почему существует Вселенная? Почему… Ладно, ладно. Это же загадка мироздания. Давайте посерьёзнее. Почему существует мир, почему в нём есть мы, почему вообще что-то есть вместо пустоты? Это же наиглавнейшее «почему».

Я буду говорить о тайне бытия, о загадке бытия, о том, к чему мы в этом вопросе пришли, и почему вам должно быть не всё равно, – ведь вам не всё равно, я надеюсь. Философ Артур Шопенгауэр сказал, что те, кому не интересен вопрос бытия, вопрос мирового бытия, страдают слабоумием. Довольно сурово, но тем не менее. Это называют самой величайшей и грандиозной тайной, самым глубоким и масштабным вопросом, стоящим перед нами. Над ним бились великие мыслители. Людвиг Витгенштейн, возможно, величайший философ XX века, был поражён тем, что мир вообще существует. В своём «Логико-Философском Трактате», в положении 6.44, он писал: «Мистическое не то, как мир есть, но то, что он есть». Если вам не нравятся сентенции философов, возьмите учёного. Джон Арчибальд Уилер, один из величайших физиков XX века, научный руководитель Ричарда Фейнмана, создатель термина «чёрная дыра», сказал: «Я хочу знать, почему квант, почему Вселенная, почему бытие?» А мой друг Мартин Эмис – простите, я сегодня буду часто бросаться громкими именами, придётся вам привыкнуть – так вот, мой добрый друг Мартин Эмис сказал однажды, что нам понадобится ещё пять Эйнштейнов для разгадки тайны происхождения Вселенной. Не сомневаюсь, что среди вас сегодня есть пять Эйнштейнов. Есть хоть один? Отзовитесь. Нет? Никого? Ну ладно.

Вопросом, почему существует нечто вместо ничто, – этим великим вопросом – стали задаваться довольно поздно в истории философской мысли. В конце XVII века его задал философ Лейбниц. Лейбниц – умный парень, придумавший математический анализ независимо от Ньютона и практически одновременно с ним. Но для Лейбница ответ на этот вопрос не был великой загадкой. Он либо притворялся, либо действительно был ортодоксальным христианином в своих взглядах на метафизику. Он сказал, что причина существования мира очевидна: его создал Бог. А Бог творил из ничего. Настолько уж он всемогущ. Ему не нужны никакие подручные материалы для такого созидания. Он может сотворить мир из пустого места, совсем из ничего. Кстати сказать, именно в это сегодня верят большинство американцев. Для них нет загадки бытия. Всё сделал Бог.

Давайте составим уравнение. У меня нет слайдов, поэтому я всё буду изображать руками. Включите фантазию. Итак, Бог + ничто = мир. Так? Вот такое уравнение. Возможно, вы не верите в Бога. Может быть, вы научный атеист или ненаучный атеист, и вы не верите в Бога, и вам это не нравится. Кстати, даже с этим уравнением, Бог + ничто = мир, у нас уже возникает проблема. Почему есть Бог? Существование Бога нельзя объяснить логически, если вы не сторонник онтологического аргумента, а я надеюсь, что нет, так как он нас не устраивает. Вероятно, если бы Бог существовал, он бы подумал: «Я вечен, я всемогущ, но откуда же я взялся?» Отколь же я? Бог ведь изъясняется более возвышенно. По одной версии, Богу так наскучило размышлять над загадкой своего бытия, что он сотворил мир, чтобы как-то отвлечься. Хорошо, давайте забудем о Боге. Уберём Бога из уравнения: _________ + ничто = мир. Если вы буддист, на этом можно остановиться, потому что вы получаете ничто = мир, что тождественно мир = ничто. Верно? Для буддиста мир – одно сплошное ничто. Большая космическая пустота. Нам же кажется, что есть нечто, но только потому, что мы рабы своих желаний. Если мы отпустим свои желания, мы увидим истинный мир – пустоту, ничто. Мы погрузимся в блаженную нирвану, которую определяют так: «жить ровно настолько, чтобы наслаждаться нежизнью».

Это представления буддистов. Но я человек западный, поэтому меня волнует загадка бытия, и поэтому у меня ______ + – сейчас всё станет серьёзно – _______ + ничто = мир. Что вместо пробела? Как насчёт науки? Наука – наш лучший проводник в природу реальности, а самая фундаментальная из наук – физика. Она раскрывает нам реальность, показывает нам то, что я называю истинным и наивысшим содержимым Вселенной. Может быть, физики заполнят этот пробел? И действительно, примерно с конца 60-х или где-то в 1970 году физики задались целью дать чисто научное объяснение тому, как Вселенная вдруг появилась на пустом месте, из квантовой флуктуации вакуума. Один из этих физиков – Стивен Хокинг, чуть позднее был Александр Виленкин. Эти изыскания были популяризованы другим прекрасным физиком и моим другом Лоуренсом Крауссом, написавшим книгу «Вселенная из ничего». Лоуренс считает, что у него получилось. Он, кстати, воинствующий атеист, и Бога он со сцены убрал совсем. Законы теории квантового поля – последнее достижение физики – показывают, как из пустоты, в отсутствие пространства, времени, материи, может зародиться крупица ложного вакуума и посредством чудесного расширения взорваться и превратиться в огромный и разнообразный космос, который нас окружает.

Что ж, это весьма оригинальный сценарий. Очень умозрительный. Захватывающий. Но я в нём вижу большую проблему, она состоит вот в чём: этот взгляд псевдорелигиозен. Лоуренс считает себя атеистом, но он всё ещё в плену религиозного мировоззрения. Законы физики для него как божьи заповеди. Законы теории квантового поля – как изречение «Да будет свет». Они имеют некую онтологическую силу, или власть, наделяющую их способностью сотворить бездну, наполненную материей. Они могут создать мир из ничего. Но это очень примитивный взгляд на сущность законов физики, да? Нам известно, что физические законы – обобщённые описания структур и закономерностей мира. Они не существуют вне этого мира. У них нет собственной сущности. Они не могут сотворить мир из ничего. Это очень примитивный взгляд на научные законы. И если вы не верите мне, послушайте Стивена Хокинга, который предложил самодостаточную модель космоса, не требующую внешнего источника или создателя. И даже предложив эту модель, Хокинг признавал, что он всё ещё в тупике. Он сказал, что эта модель – всего лишь уравнения. Что вдыхает жизнь в уравнения и создаёт описываемый ими мир? Он терялся в догадках. Сами уравнения не творят волшебства, не могут разрешить загадку бытия. К тому же, даже если законы и могли бы это сделать, почему именно эти законы? Почему теория квантового поля должна описывать Вселенную с помощью набора полей, частиц и так далее? Почему не какие-нибудь другие законы? Существует огромное множество законов, подходящих математически. Зачем вообще законы? Почему не обойтись одной пустотой?

Верите или нет, над этой проблемой бьются склонные к размышлениям физики, и на данный момент они склоняются к метафизике. Возможно, система законов, описывающих Вселенную, – это система законов, которая описывает одну часть реальности. Может быть, любой подходящий набор законов описывает другую часть реальности. Фактически, всевозможные физические миры существуют на самом деле, они есть. Мы видим всего лишь крошечную часть реальности, описываемую законами теории квантового поля, но есть множество других миров, реальность, которая описывается совершенно непохожими теориями, невообразимо отличающимися и непостижимо причудливыми. Стивен Вайнберг, основатель стандартной модели физики элементарных частиц, тоже носился с идеей о том, что существуют всевозможные другие реальности. Физик из молодого поколения Макс Тегмарк считает, что существуют всевозможные математические структуры, а математическая сущность – то же самое, что и физическая сущность. Есть чрезвычайно разнообразная мультивселенная, заключающая в себе всё, что логически вероятно.

Обращаясь к такому метафизическому подходу, эти физики и философы возвращаются к очень старой идее, высказанной ещё Платоном. Это принцип полноты, или изобилия, великая цепь бытия: реальность полна настолько, насколько это возможно. Она так удалена от небытия, как это только возможно.

Итак, у нас есть две противоположности. С одной стороны, небытие, с другой – реальность, вмещающая все возможные миры. Всеобъемлющая реальность и небытие, самая простая реальность. Что лежит между этими двумя крайностями? Всевозможные промежуточные реальности, включающие одно и исключающие другое. Одна из промежуточных реальностей, скажем, самая элегантная математически, исключает всё неидеальное, всю безобразную асимметрию и тому подобное. Некоторые физики скажут вам, что мы живём в самой элегантной реальности. Думаю, в зале находится Брайан Грин, который написал книгу «Элегантная Вселенная». Он утверждает, что наша Вселенная математически очень элегантна. Не верьте ему. Это тщетная надежда. Жаль, что это не так. Недавно он признался мне, что Вселенная-то на самом деле скверная. Она бездарно сконструирована, в ней слишком много произвольных постоянных взаимодействия, отношений масс, избыточное число семейств элементарных частиц, и что, чёрт возьми, такое эта тёмная энергия? Это ерунда на палочке какая-то, а не элегантная Вселенная. А ещё есть лучший из всех миров, с этической точки зрения. Здесь посерьёзнее. В этом мире разумные существа не страдают напрасно, там нет таких вещей, как рак у детей или Холокост. Это этическая концепция. Между ничем и самой полной реальностью существуют особенные реальности. Ничто тоже особенно. Самая простая реальность. Есть самая элегантная реальность. Она тоже особенная. Самая всеобъемлющая реальность – особенная.

Про что мы ещё не сказали? Есть также просто жалкие, заурядные реальности, которые ничем не примечательны и вроде как случайны. Они бесконечно далеки от пустоты, и совершенно недотягивают до всеобъемлющей полноты. Это смешение хаоса и порядка, математической элегантности и безобразия. Я бы описал такие реальности как бесконечный, посредственный, недоделанный бардак, усреднённую реальность, что-то вроде космической свалки. Существует ли в этих реальностях некое божество? Возможно. Но это не идеальное божество, как в традиции иудеохристианства. Это божество не всеблагое и не всесильное. Наоборот, оно может быть совершенно зловредным, но могущественным только на 80%, что в общем-то отражает окружающий нас мир. Я предлагаю считать, что разгадка тайны бытия в том, что реальность, в которой мы существуем, – одна из посредственных реальностей. Реальность должна быть хоть какой-нибудь. Она может оказаться ничем, или всем, или чем-то посередине. Если у неё есть какая-то особенность, например, элегантность, полнота или простота, как у небытия, это потребует некоего объяснения. Но если это всего лишь случайная, банальная реальность, дальнейших объяснений не требуется. Я бы сказал, что мы живём как раз в такой реальности. Так нам говорит наука. В начале этой недели появились захватывающие новости о теории инфляции, указывающей на большую, бесконечную, беспорядочную, бессмысленную реальность. Похожая на пенистое шампанское, бесконечно фонтанирующее из бутылки, наша огромная Вселенная – это пустырь с горсткой приятных, мирных и упорядоченных зон. Эта инфляционная модель была подтверждена с помощью наблюдений, сделанных радиотелескопами в Антарктике. Они наблюдали за реликтовыми гравитационными волнами, возникшими прямо перед Большим взрывом. Уверен, вы всё об этом знаете. Думаю, существуют некие свидетельства, подтверждающие, что мы застряли именно в такой реальности.

Так почему же вам должно быть не всё равно? Ну… Вопрос «Почему существует мир?», этот вселенский вопрос, перекликается с более личными. Почему я существую? Почему вы существуете? Наше существование может показаться совершенно маловероятным, потому что число комбинаций человеческих генов колоссально. Если взглянуть на число генов, аллелей и так далее, простой расчёт на бумажке скажет вам, что существует 10 в 10-тысячной степени возможных комбинаций. Это между числами гугол и гуголплекс. Реальное же число людей, когда-либо живших, – 100, или, может, 50 миллиардов. Это ничтожный процент. Все мы – победители в удивительной космической лотерее. И вот мы здесь.

В какой же реальности мы хотим жить? Хотим ли мы жить в особенной реальности? Что, если бы мы жили в самой элегантной? Представьте себе это экзистенциальное давление: соответствовать, быть элегантными, не уронить планку. Что было бы, живи мы в самой полной реальности? Наше существование было бы предрешённым, потому что всё возможное в ней уже существует. Наш выбор не имел бы смысла. Если я страдаю душевно, мучаюсь и решаю поступить правильно, разницы бы не было: ведь существует бесконечное число версий меня, тоже поступающих правильно и бесконечное число версий, поступающих неверно. Мой выбор не имел бы смысла. Не хотелось бы жить в такой реальности. Живи мы в реальности небытия – этого разговора у нас бы не состоялось. Поэтому, я думаю, в посредственной реальности есть свои плюсы и минусы. Мы могли бы приумножить хорошее и сократить плохое – именно это и даёт нам некую цель в жизни. Вселенная абсурдна, но мы всё же умудряемся находить цель, и весьма неплохую. Вся заурядность реальности хорошо перекликается с заурядностью, которую мы все ощущаем глубоко внутри нас самих. Я знаю, что вы её ощущаете. Я знаю, вы уникальны, но вместе с тем втайне посредственны, разве я не прав?

Вы можете сказать, что эта загадка, эта тайна бытия – лишь нагнетание таинственности. Вас не поражает существование Вселенной – и вы в хорошей компании. Бертран Рассел сказал: «Я бы сказал, Вселенная просто есть, и всё». Просто суровый факт. А мой профессор в Колумбийском университете, Сидней Моргенбессер, великий остряк, в ответ на моё: «Профессор, почему есть нечто вместо ничто?» ответил: «Если бы ничего не было, вас бы это всё равно не устроило».

Вот так. Итак, вы не поражены. Не важно. Но в заключение, я скажу вам что-то, что гарантированно вас поразит, потому что это поразило всех блестящих, чудесных людей, встреченных мной на TED. Вот что я вам скажу: у меня никогда в жизни не было мобильного телефона. Спасибо.

Превью: галактика по соседству — Андромеда, в ультрафиолетовых лучах, NASA.

Смотрите также:

Наука забивать: как перестать тратить энергию на пустые размышления

Откуда ваши грабли: как сознание влияет на реальность с научной точки зрения

Реальность – это лишь галлюцинация: галлюциногенная лекция Анила Сета о природе сознания

Добро пожаловать в матрицу: лекции Татьяны Черниговской о мозге, его способностях и загадках

13 июля, 2018

Телеграм

Было ли у Вселенной начало и есть ли у нее смысл? Отрывок из «Уравнения бога» Митио Каку

Фрагменты новых книг

В издательстве «Альпина нон-фикшн» выходит книга физика-теоретика и популяризатора науки Митио Каку о попытках сформулировать исчерпывающее объяснение реальности. ТАСС публикует отрывок, где автор рассуждает об устройстве мироздания, боге и назначении теории всего

В современной физике реальность описывают две теории: квантовая теория говорит об электромагнитном, слабом и сильном взаимодействиях, а общая теория относительности — о гравитации. Проблема в том, что они не согласуются, — требуется другая теория. В «Уравнении Бога: В поисках теории всего» Митио Каку рассказывает, как ученые оказались в нынешнем положении и как пытаются из него выбраться. Через труды Ньютона, Максвелла, Эйнштейна он подводит к одному из возможных выходов — теории струн: элегантному, умопомрачительному и почти мистическому математическому построению, фундамент которого он сам и заложил полвека назад (возможно, поэтому альтернативные теории всего в книге упоминаются вскользь). Что если теория струн верна и что вообще может дать теория всего? Об этом Каку рассуждает в приведенном отрывке.

Моя собственная точка зрения

Вселенная — замечательно красивое, упорядоченное и простое место. Мне кажется невероятно удивительным то, что все известные законы физической Вселенной можно изложить на одном-единственном листе бумаги.

На этом листе, конечно, найдется место для теории относительности Эйнштейна. Стандартная модель сложнее, ее зоопарк элементарных частиц занимает большую часть листа. Вместе они могут описать все в известной нам Вселенной, начиная с того, что находится внутри протона, и заканчивая самыми далекими уголками видимого пространства.

С учетом предельной ограниченности этого листа бумаги трудно не прийти к мысли о том, что все было спланировано заранее, что в элегантности Вселенной видна рука какого-то космического дизайнера. Для меня именно это служит сильнейшим аргументом в пользу существования Бога.

На эту тему

Но краеугольным камнем наших представлений об окружающем мире является наука, которая основана в конечном итоге на вещах проверяемых, воспроизводимых, опровержимых. Этим все сказано. В таких дисциплинах, как литературоведение, со временем все усложняется. Специалисты вечно гадают, что на самом деле хотел сказать Джеймс Джойс тем или иным пассажем. Но физика движется в противоположном направлении — чем дальше, тем она становится проще, оказываясь в итоге следствием пригоршни уравнений. Мне кажется, это замечательно. Но ученые зачастую не спешат признавать, что на свете может существовать что-то помимо царства науки.

Например, невозможно опровергнуть отрицательное утверждение.

Представьте, что мы хотим опровергнуть существование единорогов. Даже если мы прочешем большую часть поверхности Земли и не обнаружим ни одного единорога, всегда остается вероятность того, что единороги живут на каком-то неизвестном острове или в тайной пещере. Таким образом, опровергнуть существование единорогов невозможно. Это означает, что даже через сто лет люди по-прежнему будут спорить о существовании Бога и смысле Вселенной. Дело в том, что эти концепции непроверяемы и, следовательно, неразрешимы. Они находятся вне царства обычной науки.

Аналогично, даже если мы во время путешествий в открытом космосе никогда не встречали Бога, всегда остается возможность его существования где-то там, где мы еще не бывали.

Поэтому я агностик. Мы пока лишь очень поверхностно изучили Вселенную, и было бы слишком самоуверенно делать заявления о ее природе в целом, недоступной нашим инструментам.

Не стоит также забывать, что любому исследователю придется рано или поздно столкнуться с тезисом св. Фомы Аквинского о необходимости существования Перводвижителя. Иными словами, откуда все взялось? Даже если Вселенная началась именно так, как говорит теория всего, то откуда взялась сама теория всего?

На мой взгляд, она существует потому, что это единственная математически непротиворечивая теория. Все остальные теории изначально имеют недостатки и противоречия. По моему мнению, если начать с любой другой теории, то в конечном итоге можно доказать, что 2 + 2 = 5, иначе говоря, эти альтернативные теории внутренне противоречивы.

На эту тему

Напомню, что на пути к признанию теорию всего ожидает множество препятствий. Когда мы вводим в какую-нибудь теорию квантовые поправки, она обычно рушится: в ней возникают бесконечные расходимости или ее первоначальную симметрию губят аномалии. Я убежден, что существует, возможно, всего одно решение для данных ограничений, способное привести теорию в порядок, исключив все прочие возможности. Наша Вселенная не может существовать в пятнадцати измерениях, поскольку такая вселенная страдала бы от фатальных недостатков. (В десятимерной теории струн, когда мы вычисляем квантовые поправки, они часто содержат множитель (D – 10), где D — размерность пространства-времени. Очевидно, если принять D = 10, то эти неприятные аномалии исчезнут. Если же не приравнять D десяти, то мы получим другую вселенную, полную противоречий, где нарушается математическая логика. Точно так же при введении мембран и вычислениях в рамках M-теории мы получаем нежелательные слагаемые, содержащие множитель (D – 11). Следовательно, в рамках теории струн существует только одна внутренне непротиворечивая вселенная, где 2 + 2 = 4, и существует она в десяти или одиннадцати измерениях.)

Таким образом, это и есть возможный ответ на вопрос, поднятый Эйнштейном в процессе поиска теории всего: был ли у Бога при создании Вселенной выбор? Уникальна ли наша Вселенная или есть много форм ее существования?

Если мои мысли верны, то выбора никакого нет. Существует лишь одно уравнение, способное описать нашу Вселенную, потому что все остальные математически несостоятельны.

Так что финальное уравнение Вселенной уникально и единственно. Решений у него может быть бесконечное множество, но само уравнение единственно.

Это проливает свет еще на один вопрос: почему в мире вообще существует хоть что-то, а не сплошное ничто?

В квантовой теории нет такой вещи, как абсолютное ничто. Мы видели, что абсолютной черноты не существует, так что черные дыры на самом деле серые и должны испаряться. Аналогично при поиске решения квантовой теории мы обнаруживаем, что минимальная энергия не равна нулю. Так, невозможно достичь абсолютного нуля, поскольку атомы в самом низком квантовом энергетическом состоянии все же испытывают колебания. (Точно так же, согласно квантовой механике, невозможно достичь нулевой энергии квантово-механически, поскольку у вас все равно останется энергия нулевой точки, то есть минимальные квантовые колебания. Состояние нулевых колебаний нарушило бы принцип неопределенности, поскольку нулевая энергия означает состояние нулевой неопределенности, которое запрещено. )

На эту тему

Итак, откуда же взялся Большой взрыв? Вероятнее всего, это была квантовая флуктуация в Ничто. Даже Ничто, или чистый вакуум, непрерывно пенится частицами вещества и антивещества, которые возникают парами в вакууме, а затем вновь исчезают в том же вакууме. Именно так из ничего возникло нечто.

Хокинг, как мы говорили, называл это пространственно-временной пеной, имея в виду пену из крохотных пузырьковых вселенных, непрерывно выскакивающих из вакуума и вновь исчезающих в нем. Мы не видим этой пространственно-временной пены, потому что каждый пузырек много меньше любого атома. Но время от времени один из этих пузырьков не растворяется вновь в вакууме, а расширяется, пока не начнется инфляционный процесс и не возникнет целая вселенная.

Так почему существует не ничто, а нечто? Потому что первоначально наша Вселенная возникла из квантовых флуктуаций в Ничто. В отличие от бесчисленных других пузырьков, наша Вселенная вырвалась из пространственно-временной пены и продолжила расширение.

Было ли у Вселенной начало?

Даст ли наша теория всего ответ на вопрос о смысле жизни? Много лет назад я видел странный плакат, выпущенный одним обществом медитации. На нем были изображены уравнения супергравитации в их полной математической красоте, при этом от каждого члена шла стрелочка с надписью «мир», «покой», «единство», «любовь» и т. п.

Иными словами, смысл жизни был встроен в уравнения теории всего.

Лично я считаю, что вряд ли математический член какого бы то ни было уравнения физики можно приравнивать к любви или счастью.

Однако я убежден, что у теории всего найдется что сказать о смысле Вселенной. В детстве меня воспитывали в протестантской вере, хотя родители мои были буддистами. Эти две великие религии — христианство и буддизм — придерживаются противоположных точек зрения в отношении Создателя. В христианстве Бог создал мир в какой-то определенный момент времени. Католический богослов и физик Жорж Леметр, один из архитекторов теории Большого взрыва, считал, что теория Эйнштейна не противоречит Книге Бытия.

На эту тему

В буддизме Бога как такового нет. Вселенная там не имеет ни начала, ни конца. Существует лишь вневременная нирвана.

Как можно соединить эти две диаметрально противоположные точки зрения? Вселенная либо имела начало, либо нет. Промежуточные варианты невозможны.

Но на самом деле теория мультивселенной позволяет нам взглянуть на это противоречие совершенно по-новому.

Возможно, наша Вселенная все же имела начало, как сказано в Библии. Но, возможно, Большие взрывы происходят все время, согласно инфляционной теории, порождая целую ванну пузырьковых вселенных. Возможно, эти вселенные расширяются в гораздо более обширной области — своеобразной нирване гиперпространства. Так что наша Вселенная имеет начало и представляет собой трехмерный пузырь, плавающий в гораздо более обширном пространстве одиннадцатимерной нирваны, в которой постоянно возникают и другие вселенные.

Таким образом, идея мультивселенной позволяет соединить креационистскую мифологию христианства с нирваной буддизма в единую теорию, совместимую с известными физическими законами.

Смысл в конечной Вселенной

В конечном итоге, я уверен, мы создаем во Вселенной свой собственный смысл.

Слишком просто и легко оглядываться на некоего гуру, спустившегося с горных высей и принесшего нам смысл Вселенной. Чтобы понять и оценить смысл жизни, необходимо прилагать усилия. Если преподнести его в готовом виде, теряется всякая идея смысла. Смысл жизни, доступный даром, потерял бы свое смысловое наполнение. Все, что имеет смысл, добывается в результате борьбы и жертв и стоит того, чтобы за него сражаться.

Но трудно утверждать, что Вселенная имеет смысл, если сама она когда-нибудь умрет. Физика в каком-то смысле вынесла Вселенной смертный приговор.

На эту тему

Несмотря на все высокоученые дискуссии о смысле и цели Вселенной, все это может оказаться бесполезным, поскольку наша Вселенная обречена на гибель в ходе Большого замерзания. Согласно второму закону термодинамики, все в замкнутой системе должно со временем распасться, заржаветь или рассыпаться. Естественный порядок вещей — увядание и со временем прекращение существования. Все на свете неизбежно должно умереть, когда умрет сама Вселенная. Так что, какой бы смысл мы ни приписывали Вселенной, ее смерть унесет его с собой.

Но опять же, возможно, слияние квантовой теории с теорией относительности даст нам лазейку и позволит Вселенной уцелеть. Как было сказано выше, второй закон термодинамики рано или поздно обрекает вселенную в замкнутой системе на гибель. Ключевое слово здесь замкнутая. В открытой вселенной, куда энергия может поступать извне, можно обратить действие второго закона вспять.

Так, бытовой кондиционер, на первый взгляд, нарушает второй закон термодинамики, поскольку вбирает в себя хаотический теплый воздух и охлаждает его. Но кондиционер получает энергию извне, от компрессора, и потому не является замкнутой системой. Аналогично жизнь на Земле, на первый взгляд, нарушает второй закон термодинамики, потому что всего за девять месяцев превращает гамбургеры и картошку фри в младенца — а это настоящее чудо.

Так почему жизнь на Земле возможна? Потому что у нас имеется внешний источник энергии — Солнце. Земля не является замкнутой системой, а солнечный свет позволяет нам извлекать энергию Солнца и получать с ее помощью пищу, необходимую для питания малыша. Так что во втором законе термодинамики имеется лазейка. Солнечный свет делает возможными эволюцию и развитие от низших форм к высшим.

Точно так же можно использовать кротовые норы, чтобы открыть проход в другую вселенную. Судя по всему, наша Вселенная замкнута. Но не исключено, что однажды, возможно перед лицом смерти Вселенной, наши потомки сумеют воспользоваться своими громадными научными знаниями, чтобы накопить достаточно положительной энергии и открыть туннель в пространстве и времени, а затем при помощи отрицательной энергии (и квантового эффекта Казимира) стабилизировать его. Когда-нибудь наши потомки овладеют планковской энергией — энергией, при которой пространство и время становятся нестабильными, — и воспользуются мощными технологиями, чтобы покинуть нашу умирающую Вселенную.

Таким образом квантовая гравитация, вместо того чтобы оставаться упражнением в математике одиннадцатимерного пространства-времени, становится космической межпространственной спасательной шлюпкой, позволяющей разумной жизни обойти второй закон термодинамики и переместиться в какую-нибудь гораздо более теплую вселенную.

Так что теория всего — больше чем просто красивая математическая теория. В конечном итоге она может оказаться нашим единственным спасением.

Теги

Фрагменты новых книг

«Для чего существует Вселенная?» — Яндекс Кью

Почему есть что-то, а не ничего? | Мир людей

Изображение через nienora/Shutterstock/The Conversation.

Ллойд Стрикленд, Манчестерский столичный университет. Первоначально опубликовано 11 ноября 2016 года в номере The Conversation .

В идеальном мире каждый экстраординарный философский вопрос сопровождался бы экстраординарной историей о том, как кто-то впервые об этом подумал. К сожалению, мы можем только догадываться, что побудило немецкого философа, возможно, сегодня наиболее известного печеньем Choco Leibniz, позже названным в его честь, прийти к тому, что часто называют величайшим философским вопросом из всех, а именно: почему существует что-то скорее чем ничего?

Лунные календари на 2021 год здесь. Закажи себе, пока они не закончились!

Философом был Готфрид Вильгельм Лейбниц, человек, который также оставил нам исчисление и двоичную систему, лежащие в основе современных компьютеров. Он умер 300 лет назад, 14 ноября 1716 года.

Готфрид Вильгельм Лейбниц. Изображение через The Conversation.

Многие ранние мыслители задавались вопросом, почему наша Вселенная такая, какая она есть, но Лейбниц пошел еще дальше, задаваясь вопросом, почему вселенная вообще существует. Вопрос сложный, потому что кажется вполне возможным, что вообще ничего не могло быть — ни Земли, ни звезд, ни галактик, ни Вселенной. Лейбниц даже думал, что ничего не было бы «проще и легче». Если бы вообще ничего не существовало, то и объяснения не понадобились бы, не то чтобы рядом не было никого, кто мог бы просить объяснения, конечно, но это другое дело.

Лейбниц считал, что тот факт, что есть нечто, а не ничто, требует объяснения. Объяснение, которое он дал, заключалось в том, что Бог хотел создать вселенную — наилучшую из возможных, — что делает Бога простой причиной существования чего-то, а не ничего.

За годы, прошедшие после смерти Лейбница, его великий вопрос продолжал будоражить философов и ученых, хотя во все более светскую эпоху неудивительно, что многие опасаются обращаться к Богу в качестве ответа на него.

Квантовые боги

Один из ответов — сказать, что что-то должно было быть; что было бы невозможно, чтобы не было ничего. Таков был взгляд философа XVII века Спинозы, утверждавшего, что вся вселенная со всем ее содержанием, законами и событиями должна существовать и существовать именно так, как она существует. Эйнштейн, считавший себя последователем философии Спинозы, по-видимому, придерживался похожей точки зрения.

Другие ученые, такие как физик-теоретик Лоуренс Краусс в своей популистской книге «Вселенная из ничего» (2012), предлагают более детальную версию этого ответа на великий вопрос Лейбница. Краусс утверждает, что наша Вселенная возникла естественным образом и неизбежно в результате действия гравитации на квантовый вакуум, пустое пространство, кишащее виртуальными частицами, которые спонтанно возникают, прежде чем снова исчезнуть. Теория Краусса подразумевает, что ничего не могло быть, потому что всегда что-то было: сначала была гравитация и квантовый вакуум, и из этого родилась вселенная, какой мы ее знаем.

Другие космологические теории также предполагают, что всегда должно было существовать что-то, из чего возникла наша Вселенная, например, струны или мембраны.

Проблема с такими научными ответами на вопрос «почему есть что-то, а не ничто» в том, что непонятно, почему мы должны думать, что должна была быть гравитация, или квантовый вакуум, или струны, или даже вселенная вообще. Вполне возможно, что вместо этих вещей не могло быть абсолютно ничего.

Какой вопрос?

Еще один ответ на великий вопрос Лейбница — просто отрицание того, что на него есть ответ. Философ Бертран Рассел высказался по этому поводу в знаменитых радиодебатах в 1948 году. Его спросили, почему он считает, что Вселенная существует, и он ответил: «Я должен сказать, что Вселенная просто существует, и все».

С этой точки зрения вселенная была бы тем, что философы называют грубым фактом — чем-то, что не имеет объяснения. Суть Рассела заключалась не в том, что люди еще не объяснили, почему существует что-то, а не ничего, а в том, что возможного объяснения нет. Те, кто считает, что наша вселенная является частью большей мультивселенной, также придерживаются этой точки зрения, предполагая, что мультивселенная — а, следовательно, и наша вселенная — не имеет окончательного объяснения. Хотя в настоящее время популярным ответом на великий вопрос Лейбница является утверждение, что Вселенная в конечном счете необъяснима, у него есть недостаток, заключающийся в том, что он интеллектуально неудовлетворителен (хотя, конечно, это не означает, что ответ ложен).

Самый новый ответ на великий вопрос Лейбница — сказать, что наша Вселенная существует потому, что должна. Мысль здесь состоит в том, что все возможные вселенные имеют врожденную тенденцию к существованию, но некоторые из них имеют большую склонность к существованию, чем другие. Идея на самом деле принадлежала Лейбницу, который вынашивал мысль о том, что может иметь место борьба за существование между возможными мирами, причем лучший из них выходит на первое место, как будто в процессе виртуального естественного отбора. В конце концов он не принял эту идею и вместо этого отступил к более традиционному мнению, согласно которому вселенная существует, потому что Бог решил сделать ее таковой.

Но идея виртуальной борьбы между возможными вселенными привлекла некоторых современных философов, которые довели ее до логического завершения и заявили, что возможная вселенная с наибольшей тенденцией к существованию — может быть, потому, что она лучшая, или потому что он содержит некоторые важные черты, такие как условия, которые позволяют возникать жизни — действительно создаст себя.

Согласно этой теории, наша вселенная становится актуальной не потому, что Бог или что-то еще сделало ее таковой, а потому, что она буквально поднялась из небытия и стала актуальной. Странный? Да. Но мы не должны позволять этому сбить нас с толку. В конце концов, экстраординарный философский вопрос может просто потребовать экстраординарного ответа.

Ллойд Стрикленд, преподаватель философии, Manchester Metropolitan University

Эта статья перепечатана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочитайте оригинальную статью.

Итог: Почему существует Вселенная?

EarthSky Voices

Просмотр статей

Об авторе:

Члены сообщества EarthSky, включая ученых, а также писателей о науке и природе со всего мира, высказывают свое мнение о том, что для них важно.

Почему вообще существует Вселенная?

Еще в чумном 1665-1666 году Исаак Ньютон изменил научный мир, открыв универсальный закон всемирного тяготения и математические вычисления. Теперь, в чумном 2020-2021 году, история собирается повториться?

Стивен Вольфрам так думает. Ученый британского происхождения, проживающий в США, утверждает, что нашел путь к фундаментальной теории физики, которая отвечает на некоторые из самых важных вопросов, например, что такое пространство? Сколько времени? И почему существует Вселенная?

«Честно говоря, большая часть работы была проделана в 2019 году, и мы собирались начать говорить об этом в марте 2020 года, но все было закрыто из-за COVID», — говорит Вольфрам. «Но верно будет сказать, что мы добились большего прогресса в поиске фундаментальной теории физики, чем я осмелился поверить».

Отправной точкой Вольфрама был вопрос: что такое пространство? «Физики не часто задают этот вопрос, — говорит он. «Они просто думают о космосе как о фоне, на котором разыгрываются события Вселенной».

Согласно Вольфраму, пространство состоит из сети «узлов», которые связаны друг с другом. Природа соединений — то, как каждый узел связан с соседними и дальними узлами — может создать пространство любого измерения. Таким образом, если количество узлов увеличивается пропорционально квадрату расстояния от любого заданного узла — как площадь поверхности сферы — сеть приобретает свойства знакомого трехмерного пространства.

Подробнее теории Вселенной:

Что, если Большой Взрыв не был началом?
Звезды-призраки: радикальная теория, способная раскрыть тайну темной материи

«Я действительно верю, что Вселенная изначально имела бесконечно много измерений и постепенно остыла до трех, которые мы имеем сегодня», — говорит Вольфрам. — Но я пока не знаю, почему их ровно три.

Вольфрама интересует, какой минимальный «материал» необходим для создания Вселенной. И помимо сети узлов — «атомов пространства» — есть еще один ингредиент, «правила», меняющие сеть. Так, например, правило будет говорить: «везде, где есть определенный набор узлов, замените его другим определенным набором узлов».

Больше похоже на это

«Применение таких правил снова и снова — постоянное обновление космической сети — объединяет пространство», — говорит Вольфрам. «Чудо в том, что этот процесс также может создать всю материю во Вселенной и все законы физики, открытые нами за последние 350 лет».

Прежде чем приступить к изучению этого замечательного заявления, стоит рассмотреть, как Вольфрам пришел к этому. Родился в Лондоне в 19В 59 лет он публиковал статьи по физике в возрасте 15 лет. Будучи аспирантом Калифорнийского технологического института в Пасадене, он работал с Ричардом Фейнманом, возможно, самым известным послевоенным физиком США. Но решающим событием для Вольфрама стало открытие, сделанное им в 1981 году, когда он использовал компьютер для исследования последствий простых компьютерных программ — тех, чьи выходные данные многократно возвращаются в качестве входных данных, подобно змее, пожирающей собственный хвост.

Простейшие компьютерные программы, которые он мог придумать в то время, были клеточными автоматами. Это одномерные линии квадратов, каждый из которых может быть пустым или заполненным. Применяется правило, заменяющее определенный узор квадратов другим. Таким образом создается новая линия квадратов. И еще одна новая линия. И так далее.

Большую часть времени Вольфрам обнаруживал, что ничего интересного не происходит. Однако в некоторых случаях по эволюционирующей клеточной решетке сохранялись устойчивые черты, напоминающие субатомные частицы в реальном мире. Но большим сюрпризом было то, что было несколько правил, которые создавали бесконечную новизну и сложность.

Это был момент озарения для Wolfram. Обычно простые программы имеют простые выходные данные, а сложные программы имеют сложные выходные данные. Но Вольфрам открыл простые программы со сложными выводами. Его немедленная мысль была: «Это то, как Вселенная создает розу, новорожденного ребенка или галактику? Это просто применение простой программы снова и снова?»

В 2002 году Вольфрам опубликовал Новый вид науки , том на 1200 страниц с 1000 черно-белыми картинками и полумиллионом слов. В нем, среди прочего, он исследовал последствия всех 256 возможных правил для одномерных клеточных автоматов, среди которых было Правило 30, порождающее неограниченную сложность. Книга была встречена в штыки физическим сообществом. Отчасти потому, что он опубликовал его сам, не пройдя обычный процесс рецензирования. Но другая причина заключалась в том, что другие физики не могли понять, как использовать его идеи для предсказания чего-либо полезного.

Они были правы. По сути, Вольфрам говорил, что большая часть того, что делает Вселенная, «неустранима с точки зрения вычислений», то есть результат может быть обнаружен только путем запуска компьютерной программы в течение 13,82 миллиарда лет существования Вселенной. Для многих других физиков это было большим плюсом.

Но Вольфрам также говорил, что в вычислениях, генерирующих Вселенную, есть «компьютерно сводимые» островки, где можно вывести результат, не запуская программу. «Эти короткие пути — не что иное, как открытые нами законы физики», — говорит Вольфрам.

В конце концов, Вольфрам отказался от идей, изложенных им в «Новый вид науки» . С одной стороны, говорит он, спроса со стороны физиков не было. А с другой стороны, был спрос на его программное обеспечение, такое как компьютерный язык Mathematica и интеллектуальную поисковую систему WolframAlpha, которая сделала его миллиардером. Поэтому он потратил следующие два десятилетия на их разработку.

Но в 2019 году он встретил нескольких молодых физиков, которые вдохновили его продолжить поиски фундаментальной вычислительной теории физики. И, в возрасте 60 лет, это было сейчас или никогда.

Из порядка возник хаос: Правило 30 Вольфрама показало, что даже простое правило, определяющее цвет ячеек в ряду, может привести к сложности. © Richard Ling/Wikipedia

сетка. Вольфрам быстро понял, что ему нужно что-то более простое, даже более базовое. Так ему пришла в голову идея самообновляющейся космической сети. В сетях есть устойчивые черты, похожие на вихри в воде, и это материя. В конечном итоге все возникает из пространства. Ничего другого нет. На самом деле, это не совсем так. Есть еще одна вещь. «Время, которое все со времен Эйнштейна считали пространством, таковым не является», — говорит Вольфрам. «Время — это процесс пошаговых вычислений».

Одна из проблем раннего подхода Вольфрама заключалась в том, что если бы он нашел программу, создающую Вселенную — а он полагал, что она может состоять не более чем из четырех строк кода на его собственном компьютерном языке Mathematica — тогда возник бы вопрос а почему именно эта программа а не другая? Поэтому Вольфрам пришел к мысли, что Вселенная создается
всеми возможными программами, работающими одновременно.

«На первый взгляд кажется невероятно грязным. Как из этого может выйти что-то полезное?» он говорит. «Но чудо в том, что все работает, включая два столпа современной физики: теорию гравитации Эйнштейна [Общую теорию относительности] и квантовую теорию».

Главное понять, что мы наблюдаем Вселенную не извне. Это невозможно. Вместо этого мы являемся частями самообновляющейся космической сети внутри общей самообновляющейся космической сети Вселенной. Мы не только ограничены в количестве вычислений, которые мы можем сделать, и поэтому неспособны воспринимать большую часть неустранимых вычислений, происходящих вокруг нас, но мы также ограничены нашей биологией, которая заставляет нас накладывать единую нить времени на то, что мы делаем. видеть. «Несмотря на то, что на самом деле действуют все возможные правила, наша выборка выявит единственное правило, порождающее Вселенную», — говорит Вольфрам.

Узнайте больше о космологии:

Шесть чисел, которые определяют всю Вселенную
Трещины в космологии: почему наша Вселенная не складывается

Важно отметить, что наши фундаментальные ограничения не позволяют нам увидеть атомы пространства. Вместо этого мы видим, что они связаны вместе, образуя гладкий континуум — континуум, более того, описанный общей теорией относительности. В теории Эйнштейна массы, подобные планетам, следуют по кратчайшему пути, или «геодезическому», в пространстве-времени. Пространство-время, в свою очередь, искажается присутствием энергии (строго говоря, энергии-импульса). По словам Вольфрама, энергия в его картине — это не что иное, как количество активности, происходящей в любом месте сети, и именно это вычисление в конечном итоге искажает геодезические поверхности массивных тел.

Квантовая теория, напротив, описывает микроскопическое царство атомов и их составляющих и печально известна тем, что кажется принципиально несовместимой с общей теорией относительности. В частности, не существует такой вещи, как уникальный путь в пространстве. Атомы могут следовать несколькими путями, каждый из которых имеет соответствующую вероятность. По словам Вольфрама, эта множественная история встроена в его структуру, потому что каждый раз, когда часть космической сети обновляется, она может быть обновлена не только одним правилом, но несколькими возможными правилами, что приводит к множеству историй. «Квантовая теория — это не прибавка, как в стандартной физике, — говорит он.

Вольфрам идет дальше. Он представляет себе «расширенное пространство», заключающее в себе все эти многочисленные истории. И это требует инструментов Mathematica для визуализации, что является одной из причин, почему другим физикам, а не только простым смертным, трудно следовать Вольфраму. Однако ключевое утверждение Вольфрама заключается в том, что общая теория относительности с ее геодезическими, искривленными энергией-импульсом в нормальном пространстве, точно такая же, как квантовая теория с ее геодезическими, искривленными энергией-импульсом в пространстве ветвей. «Общая теория относительности и квантовая теория — это, по сути, одна и та же теория!» он говорит. «Я никогда не ожидал, что обнаружу такой прекрасный результат».

Это действительно поразительный результат. В общепринятой физике только теория струн обеспечивает структуру, объединяющую общую теорию относительности и квантовую теорию, и у нее есть большие проблемы, не в последнюю очередь из-за того, что она ведет не к единой Вселенной, а к мультивселенной примерно из 10 500 вселенных. Однако есть сильный намек, известный как «голографический принцип», на то, что квантовая теория и общая теория относительности тесно связаны и что квантовая теория проявляется как общая теория относительности в пространстве более высокого измерения. Вольфрам считает свою работу подтверждением этой связи.

Карло Ровелли из Экс-Марсельского университета работает над «петлевой квантовой гравитацией», конкурирующей с теорией струн, которая пытается показать, что пространство-время в невероятно малых планковских масштабах состоит из конечных петель, сплетенных вместе в сложный комплекс. подвижная сеть. Есть ли какая-то связь между работой Вольфрама и петлевой квантовой гравитацией? — Действительно, меня интересовал тот же вопрос! говорит Ровелли.

Другие находят работу Вольфрама увлекательной. Один из них — Грегори Чайтин, американец аргентинского происхождения, который изобрел область математики — алгоритмическую теорию информации — когда ему было 15 лет. «Лично я считаю его новую работу очень интересной, — говорит он. «И да, что-то вроде общей теории относительности и квантовой механики возникает довольно естественно».

Чайтину нравится оригинальность подхода Вольфрама. «Забавно то, что это полностью ортогонально [отлично] от того, что делают все остальные. До сих пор теория струн была единственной игрой в городе, которая пытается работать на этом уровне. Теперь другая игра».

Вольфрам воодушевлен реакцией на свою последнюю работу, которая сильно отличается от реакции, которую он испытал в 2002 году. молодые физики посещают его семинары, а физики постарше посылают своих студентов. Он ведет прямую трансляцию разработки в Интернете, чтобы люди могли видеть, что он делает. «Я был удивлен тем, как мало людей сказали, что это не может работать», — говорит Вольфрам. «Это было больше похоже на «я не могу этого понять» или «скажите нам, какие явления мы можем искать»».

Вольфрам тоже не одинок, как в 2002 году. Теперь с ним работает несколько других физиков. Чайтин считает, что это важно. «Необычно для Стивена то, что некоторых он даже называет соавторами», — говорит он. Но одно из основных отличий между сегодняшним днем и 2002 годом заключается в том, что идея о том, что обработка информации лежит в основе Вселенной, стала гораздо более распространенной, чем два десятилетия назад. В каком-то смысле все, что делает Вольфрам, не противоречит принятой физике. Он просто пытается заглянуть под капот автомобиля, чтобы раскрыть вычисление, которое одновременно создает Вселенную и законы физики, которые мы наблюдаем.

Одним из следствий картины Вольфрама является то, что инопланетяне с разной биологией и разными органами чувств могут видеть разные части вычислений, порождающих Вселенную, и поэтому выводить разные законы из квантовой теории и общей теории относительности. На самом деле, они могут навсегда стать для нас невидимыми, существуя в частях космической сети, которую наши органы чувств просто не улавливают. «Наш взгляд ограничен нашим размером около метра в высоту и нашей настойчивостью в том, чтобы видеть единую нить времени», — говорит Вольфрам. «Но существа размером с планету и без этой настойчивости увидели бы нечто совершенно другое».

В конце концов, именно предсказания новых явлений подтвердят или опровергнут вычислительную вселенную Вольфрама. А на данный момент их не хватает. Тем не менее, Вольфрам видит места, которые могут оказаться полезными для прогнозов наблюдений. Например, он считает, что в нашей Вселенной могут быть домены с разным количеством измерений. И, в частности, он подозревает, что черные дыры могут вращаться быстрее, чем позволяет стандартная физика, и при этом могут отрываться целые куски пространства-времени, что невозможно в общей теории относительности.

Узнайте больше о Вселенной:

7 величайших загадок Вселенной (и почему они не разгаданы)
В поисках квантовой гравитации: почему ошибаться так важно для науки

Остается большой вопрос, почему существует Вселенная? И здесь Вольфрам считает, что Вселенная может существовать во многом в том же смысле, что и математика. Математика состоит из набора данных, или «аксиом», и следствий, или «теорем», которые можно вывести из них, применяя правила логики. Точно так же Вселенная — это просто логическое следствие применения всех возможных правил к сети бестелесных узлов. «Это неизбежно, что оно существует, так же неизбежно, что 1 + 1 = 2», — говорит он.

Мы, конечно, воспринимаем Вселенную как твердую вещь, а не абстрактную, как здание математики. Однако, поскольку мы тоже сделаны из того же материала, что и Вселенная, — как виртуальные существа в виртуальной реальности, — все кажется нам абсолютно реальным.

Независимо от того, окажется ли Вольфрам новым Ньютоном, год чумы определенно сыграл на руку Вольфраму. «Я всегда работал удаленно из своей компании, — говорит он. «Прошлый год меня устроил». Он признает, что до фундаментальной теории физики еще далеко. «Но я поражен, как далеко продвинулись дела за короткое время», — говорит он. «Я никогда не думал, что это сработает так хорошо».

Эта статья впервые появилась в 365 выпуске журнала BBC Science Focus Magazine – узнайте, как подписаться здесь

О нашем эксперте Стивене Вольфраме

Стивен Вольфрам — ученый-компьютерщик и физик. Он является автором книги «Новый вид науки » и создал программное обеспечение для программирования Mathematica и механизм вычислительных знаний WolframAlpha.

Оборотная страница

Давайте начнем с относительно простого научного вопроса: может ли Вселенная существовать сама по себе или ей нужно что-то, чтобы создать ее?

Как учил нас Галилей, одна из основополагающих особенностей современной физики заключается в том, что объекты могут двигаться и склонны двигаться без какой-либо внешней причины или движущей силы. Грубо говоря, то же самое касается и Вселенной. Научный вопрос, который нужно задать, — это не «Что вызвало вселенную?» или «Что поддерживает существование Вселенной?» Все, что мы хотим знать, это «совместимо ли существование Вселенной с незыблемыми законами природы, или нам нужно выйти за пределы этих законов, чтобы объяснить это?»

Этот вопрос усложняется тем, что мы не знаем, каковы на самом деле высшие законы природы. Рассмотрим вопрос, неразрывно связанный с тем, почему существует Вселенная: существовала ли она вечно или возникла в какой-то конкретный момент, предположительно, в результате Большого взрыва?

Никто не знает. Если бы мы были Пьером-Симоном Лапласом, который верил в классическую физику Ньютона и насмехался над идеей, что Бог когда-либо вмешивался в работу природы, ответ был бы прост: Вселенная существует вечно. Пространство и время фиксированы и абсолютны, и на самом деле не имеет значения, что происходит с тем, что движется внутри пространства. Время тянется от бесконечного прошлого к бесконечному будущему. Конечно, вы всегда можете рассмотреть другие теории, но в немодифицированной ньютоновской физике Вселенная не имеет начала.

Затем в 1915 году появляется Эйнштейн и его общая теория относительности. Пространство и время включены в четырехмерное пространство-время, а пространство-время не абсолютно — оно динамично, растягивается и скручивается в ответ на материю и энергию. Вскоре после этого мы узнали, что Вселенная расширяется, что привело к предсказанию сингулярности Большого взрыва в прошлом. В классической общей теории относительности Большой взрыв — это самый первый момент в истории Вселенной. Это начало времени.

Затем, в 1920-х годах, мы наткнулись на квантовую механику. «Состояние Вселенной» в квантовой механике — это не просто определенная конфигурация пространства-времени и материи. Квантовое состояние представляет собой суперпозицию многих различных классических возможностей. Это полностью меняет правила игры. В классической общей теории относительности Большой взрыв — это начало пространства-времени; в квантовой общей теории относительности — чем бы она ни была, поскольку ни у кого еще нет полной формулировки такой теории — мы не знаем, есть ли у Вселенной начало или нет.

Есть два варианта: в одном вселенная вечна, а в другом у нее было начало. Дело в том, что уравнение Шредингера в квантовой механике имеет два совершенно разных типа решений, соответствующих двум разным типам вселенных.

Одна из возможностей состоит в том, что время имеет фундаментальное значение, и вселенная меняется с течением времени. В этом случае уравнение Шредингера однозначно: время бесконечно. Если Вселенная действительно развивается, она всегда развивалась и всегда будет развиваться. Нет старта и остановки. Возможно, был момент, похожий на наш Большой Взрыв, но это была бы только временная фаза, и было бы больше Вселенной, которая существовала еще до этого события.

Другая возможность заключается в том, что время на самом деле не является фундаментальным, а скорее эмерджентным. Тогда вселенная может иметь начало. У уравнения Шредингера есть решения, описывающие вселенные, которые вообще не развиваются: они просто остаются неизменными.

Вы можете подумать, что это просто математическое любопытство, не имеющее отношения к нашему реальному миру. В конце концов, кажется довольно очевидным, что время существует и что оно течет вокруг нас. В классическом мире вы были бы правы. Время либо проходит, либо нет; поскольку кажется, что время в нашем мире проходит, возможность вневременной вселенной не очень актуальна с физической точки зрения.

Квантовая механика отличается. Он описывает вселенную как суперпозицию различных классических возможностей. Как будто мы берем разные варианты классического мира и накладываем их друг на друга, чтобы создать квантовый мир. Представьте себе, что мы берем очень специфический набор способов, которыми мог бы быть мир: конфигурации обычной классической вселенной, но в разные моменты времени. Вся вселенная в 12:00, вся вселенная в 12:01, вся вселенная в 12:02 и так далее — но в моменты, которые гораздо ближе друг к другу, чем в минуту. Возьмите эти конфигурации и наложите их друг на друга, чтобы создать квантовую вселенную.

Это вселенная, которая не развивается во времени — просто существует само квантовое состояние, неизменное и вечное. Но в любой части государства это выглядит как один момент времени в эволюционирующей вселенной. Каждый элемент в квантовой суперпозиции выглядит как классическая вселенная, которая откуда-то пришла и куда-то уходит. Если бы в этой вселенной были люди, то в каждой части суперпозиции все они думали бы, что время идет, точно так же, как мы на самом деле думаем. Именно в этом смысле время может появиться в квантовой механике. Квантовая механика позволяет нам рассматривать вселенные, которые принципиально вневременны, но в которых время проявляется на грубом уровне описания.

И если это правда, то нет никаких проблем с первым моментом времени. В любом случае, вся идея «времени» — всего лишь приближение.

Я не выдумываю — именно такой сценарий рассматривался физиками Стивеном Хокингом и Джеймсом Хартлом еще в начале 1980-х, когда они помогали первопроходцам в области «квантовой космологии». Они показали, как сконструировать квантовое состояние Вселенной, в котором время не является по-настоящему фундаментальным и в котором Большой взрыв представляет собой начало известного нам времени. Хокинг написал Краткая история времени и стать самым известным ученым современности.

Шон Кэрролл — физик-теоретик из Калифорнийского технологического института. Получив докторскую степень в Гарварде, он продолжил свои исследования в Массачусетском технологическом институте, Институте теоретической физики в Санта-Барбаре и Чикагском университете.