Прошедшее столетие ознаменовалось беспрецедентным пересмотром наших представлений о Вселенной в целом ряде аспектов. Принадлежащая Эйнштейну знаменитая формула Е=mс2 (где Е — энергия, m— масса, а c — скорость света) связала материю и энергию, ранее считавшиеся в корне различными сущностями, сделала их взаимозаменяемыми. Полной неожиданностью и шоком для многих физиков, получивших подготовку в рамках классических теорий, стало явление дуализма волны и частицы, т. е. наличие у материи одновременно тех и других свойств, что было продемонстрировано для светового излучения и для таких частиц, как электроны. Весьма разрушительным и для науки, и для теологии оказался принцип неопределенности Гейзенберга, лежащий в основе квантовой механики и гласящий, что мы можем определить либо положение, либо импульс частицы, но не то и другое одновременно. И, пожалуй, самому радикальному изменению подверглись за прошедшие семьдесят пять лет наши взгляды на происхождение Вселенной.
Но эти грандиозные революционные преобразования слабо затронули представления широкой публики, в значительной мере оставшись достоянием одного лишь научного сообщества, т. е. довольно узкого круга людей. Отдельные благородные попытки разъяснить непрофессионалам хитросплетения современной физики, безусловно, делались — назову хотя бы замечательную книгу Стивена Хокинга «Краткая история времени». И все же из пяти миллионов ее отпечатанных экземпляров очень многие, наверное, ни разу не были по-настоящему прочитаны и поняты. Для подавляющего большинства читателей идеи, изложенные автором, слишком сложны.
Дело в том, что картина мира, сформировавшаяся в последние нескольких десятилетий, в корне противоречит нашей интуиции. 100 лет назад знаменитый физик Эрнест Резерфорд заметил: «Теория, которую невозможно объяснить бармену, скорее всего, никуда не годится». Увы, современные теории элементарных частиц слабо удовлетворяют этому критерию.
Среди понятий, абсолютно не согласующихся с обыденным восприятием, — кварки, существование которых подтверждено экспериментально и из которых состоят нейтроны и протоны — частицы в составе атомного ядра, ранее считавшиеся элементарными. Разновидности кварков, которых насчитывается шесть, условно назвали «ароматами» и присвоили им следующие названия: «верхний», «нижний», «странный», «очарованный», «прелестный» и «истинный». В дополнение к «аромату» каждый кварк обладает еще и «цветом» — «красным», «синим» или «зеленым». Дикая терминология демонстрирует чувство юмора ученых. Ошеломляющее разнообразие других типов частиц, от фотонов до гравитонов, глюонов и мюонов, образует мир, настолько чуждый нашему повседневному опыту, что люди, не связанные с наукой, недоверчиво качают головой. И все же именно эти частицы делают возможным самое наше существование. Для пытающихся доказать, что материализм следует предпочесть теизму, так как он проще и понятнее, новые частицы — в высшей степени серьезная проблема. Принцип, выраженный в словах Резерфорда, известен как «бритва Оккама» и назван (с орфографической ошибкой) по имени английского логика XIV в., монаха-францисканца Уильяма Окхама. Согласно этому принципу, самое простое объяснение, как правило, является наилучшим. Как ни печально, немыслимые модели современной физической науки абсолютно не удовлетворяют бритве Оккама.
Однако в одном очень важном аспекте физика все-таки отдает должное Резерфорду и Окхаму. Как ни невразумительны словесные описания недавно открытых явлений, их представления в виде математических формул неизменно изящны, просты, даже красивы. Когда я был в аспирантуре физического факультета Йельского университета, мне посчастливилось заниматься релятивистской квантовой механикой под руководством лауреата Нобелевской премии, профессора Уиллиса Лэмба. Он последовательно, начиная с азов, прорабатывал с нами обе теории относительности и квантовую механику (причем никогда не пользовался записями), но время от времени пропускал некоторые шаги и предлагал нам, своим восторженным слушателям, самостоятельно восполнить пробел к следующей лекции.
Хотя в итоге я бросил физику ради биологии, этот опыт самостоятельного вывода простых и красивых универсальных уравнений, описывающих устройство мира, произвел на меня глубочайшее впечатление, в особенности благодаря огромной эстетической привлекательности конечного результата. Отсюда возникает первый из нескольких философских вопросов, касающихся природы физической Вселенной. Почему материя ведет себя таким образом? Или, используя выражение Юджина Вигнера, чем объясняется «непомерная эффективность математики»?
Что это — всего-навсего счастливая случайность или отражение некой глубинной сущности природы, а если мы согласны признать здесь сверхъестественное начало, то и замысла Творца? Не повстречали ли Эйнштейн, Гейзенберг и другие великие физики самого Бога?
В конце «Краткой истории времени», выражая надежду на то, что когда-нибудь ученым удастся создать убедительную объединенную теорию всего, Стивен Хокинг (обычно не склонный к метафизическим рассуждениям) пишет: «Тогда все мы, философы, ученые и просто обычные люди, сможем принять участие в дискуссии о том, почему так произошло, что существуем мы и существует Вселенная. И если будет найден ответ на такой вопрос, это будет полным триумфом человеческого разума, ибо тогда нам станет понятен замысел Бога». Указывают ли эти математические описания действительности на некий высший разум? Быть может, математика — тоже язык Бога, как и ДНК?
Как бы то ни было, следуя формулам, ученые пришли к целому ряду фундаментальных вопросов. И первый из них — как все это началось?
Большой взрыв
В начале XX в. ученые в основном предполагали, что Вселенная не имеет ни начала, ни конца. Это приводило к некоторым парадоксам — например, невозможно было объяснить, почему Вселенная остается стабильной, а не обрушивается на себя самое под действием сил тяготения, — но другие гипотезы представлялись не более правдоподобными. При создании в 1916 г. общей теории относительности Эйнштейн ввел в свои уравнения специальную космологическую постоянную, нужную только для того, чтобы они допускали решение, приводящее к стабильной Вселенной. Рассказывают, что позднее великий физик называл эту постоянную «величайшей ошибкой своей жизни».
Существовала и альтернативная гипотеза о том, что Вселенная в некоторый момент начала свое существование и затем расширялась вплоть до нынешнего времени; но чтобы физики могли всерьез рассматривать данную точку зрения, ей требовалось экспериментальное подтверждение. Впервые его получил в 1929 г. Эдвин Хаббл, измерив, с какой скоростью от нас удаляются соседние галактики.
Хаббл воспользовался эффектом Доплера — явлением, в силу которого гудок приближающегося поезда имеет более высокий тон, чем гудок удаляющегося; с помощью доплеровских радаров полиция определяет скорость проезжающих машин. Анализируя спектр излучения галактик, Хаббл установил, что все они удаляются от нас, причем тем быстрее, чем дальше от нас находятся.
Если всё во Вселенной разлетается в разные стороны, то значит, когда-то галактики существовали вместе и представляли собой единую невероятно огромную массу. Открытие Хаббла вызвало к жизни целый ряд экспериментов, связанных с измерениями, и в течение последующих 70 лет было получено много данных, указывающих на справедливость этого предположения. В настоящее время среди физиков и космологов господствует мнение, что начало Вселенной представляло собой одномоментное событие; это событие принято называть Большим взрывом. Как показывают расчеты, Большой взрыв произошел около 14 млрд лет назад.
Исключительно важным подтверждением теории Большого взрыва стало открытие, сделанное в 1965 г. Арно Пензиасом и Робертом Вильсоном. Два физика — до некоторой степени случайно — обнаружили микроволновое фоновое излучение, присутствовавшее повсюду, куда они направляли антенну своего нового детектора, и мешавшее основному эксперименту. Исключив все прочие возможные причины помех (в частности, голубей, на которых пало первое подозрение), Пензиас и Вильсон в конце концов пришли к выводу, что фоновый шум исходит непосредственно от Вселенной и представляет собой то самое теоретически предсказанное реликтовое излучение, которое должно было возникнуть при Большом взрыве в результате аннигиляции материи и антиматерии в первые моменты существования Вселенной.
