Брайан Грин - До конца времен. Сознание, материя и поиски смысла в меняющейся Вселенной

Я не знаю, почему реальность управляется квантовыми законами. Никто этого не знает. Столетие экспериментов подтвердило целую гору квантово-механических предсказаний, именно поэтому ученые принимают данную теорию. Но, несмотря на это, для большинства из нас квантовая механика остается совершенно чуждой, потому что ее фирменные черты проявляются на расстояниях настолько незначительных, что мы просто не сталкиваемся с ними в повседневной жизни. Если бы сталкивались, то здравый смысл и интуиция формировались бы непосредственно квантовыми процессами и квантовая физика была бы нашей второй натурой. Как сейчас вы нутром чувствуете принципы Ньютоновой физики — например, можете быстро поймать падающий стакан, мгновенно представив себе его траекторию по Ньютону, — так же вы могли бы нутром чувствовать квантовую физику. Но, поскольку такой квантовой интуиции у нас нет, мы полагаемся на эксперимент и математику, которые и формируют наши представления, отражая те аспекты реальности, которые мы не можем воспринимать непосредственно.

Самый обсуждаемый пример, упоминавшийся выше, касается поведения частиц, где мы учимся подправлять четкие траектории, характерные для классической физики, наложением непрерывного мелкого дрожания от квантовой неопределенности. Когда частица перемещается из одной точки в другую, классический физик проведет ее траекторию остро заточенным пером, тогда как квантовый физик проведет по влажному чернильному следу пальцем и размажет путь5.

Но применимость квантовой механики много шире, чем просто движение отдельных частиц; в космологии квантовый принцип неопределенности оказывает решающее влияние на инфляционное поле, питающее стремительное расширение пространства. Хотя я описывал инфляцию как однородную, то есть принимающую одно и то же значение во всех точках в пределах инфляционной области пространства, квантовая неопределенность размывает это утверждение. Неопределенность накладывает квантовую дрожь на классическую однородность, в результате чего величина поля, а следовательно и его энергия, оказывается здесь чуть выше, а там чуть ниже.

Когда инфляционное расширение стремительно растягивает эти крохотные квантовые отклонения энергии, они распространяются на все пространство, делая температуру чуть выше в одном месте и чуть ниже — в другом. Ненамного. Математические расчеты, впервые проведенные физиками в 1980-е гг., показали, что температуры горячих и холодных пятен должны отличаться всего на чуть-чуть, на одну стотысячную долю. Но математика также подсказала, что эти крохотные температурные вариации должны быть видимы, если знать, как их искать. Расчеты показали, что растянутая квантовая дрожь порождает в пространстве вполне различимый рисунок температурных вариаций — оставляет своеобразный космологический «отпечаток пальца», доступный для астрономической экспертизы. И в самом деле, с начала 1990-х гг. несколько телескопов, запущенных в космос, чтобы избежать искажений, вносимых земной атмосферой, один за другим подтвердили предсказанное распределение температурных вариаций со все возрастающей точностью.

Остановитесь на миг, чтобы осознать это. Физики описывают первые мгновения Вселенной при помощи уравнений Эйнштейна, доработанных с учетом предложенного Гутом гипотетического энергетического поля, заполняющего пространство и подчиняющегося принципу квантовой неопределенности, о котором мы узнали от Гейзенберга. Затем математические расчеты инфляционного взрыва показывают, что взрыв этот должен был оставить неуничтожимый отпечаток, «окаменелость» времен сотворения мира в виде специфического рисунка крохотных температурных вариаций на небе. Теперь же сложные термометры космического базирования, построенные спустя почти 14 млрд лет представителями биологического вида, только-только вступающего в период научной зрелости здесь, в Млечном Пути, зарегистрировали в точности этот рисунок.

Это впечатляющий успех, демонстрирующий уже в который раз поразительную способность математики выделять природные закономерности. Но было бы слишком смело называть эти наблюдения доказательством того, что взрыв инфляционного расширения действительно имел место. Когда речь идет о космологических событиях, происходивших миллиарды лет назад на энергетических масштабах, в миллионы миллиардов раз превосходивших, скорее всего, все, что мы можем получить и исследовать в лаборатории, лучшее, что мы можем сделать, — это собрать воедино наблюдения и расчеты, которые помогли бы нам укрепить уверенность в наших объяснениях. Если бы инфляционный взрыв был единственным способом интерпретировать космологические данные, то наша уверенность была бы ближе к убежденности, однако с годами изобретательные ученые разработали несколько альтернативных подходов (с одним из них мы встретимся в главе 10). Подводя итог, скажу, что моя точка зрения, разделяемая многими исследователями, состоит в том, что, хотя мы всегда должны быть открыты новым идеям, бросающим вызов преобладающим на данный момент взглядам, позиции инфляционной космологии, проработанные за последние 40 лет, очень и очень прочныб. И мы в нашем путешествии по большей части будем придерживаться инфляционного маршрута.