Томас Хертог – О происхождении времени. Последняя теория Стивена Хокинга (страница 47)

С позиции «снизу вверх» гипотеза об отсутствии границы описывает сотворение Вселенной из ничего. Эта теория представляется еще одним платоновским сооружением – как будто наполненным абстрактным «ничем», предшествовавшим пространству и времени. Когда Джим и Стивен впервые выдвинули свою идею о генезисе без границы, они стремились дать истинно причинное объяснение происхождению Вселенной – не просто тому, как она возникла, но также и почему она вообще существует. Получилось не очень хорошо. В схеме «снизу вверх» теория отсутствия границы предсказывает сотворение пустой Вселенной, свободной от галактик и наблюдателей. Ясно, что это сделало теорию в высшей степени противоречивой, как я и показал в главе 4.

Между тем Стивен перестал кликать, и я наклонился, чтобы из-за его плеча прочесть написанное.

«Теперь я отвергаю идею, что Вселенная обладает глобальным классическим состоянием. Мы живем в квантовой Вселенной, а значит, ее следует описывать суперпозицией ее историй, в духе Фейнмана – каждая история со своей вероятностью».

Итак, Стивен с жаром ухватился за свою обычную мантру квантовой космологии. Пытаясь убедиться, что мы еще понимаем друг друга, я перефразировал то, что он, как я полагал, имел в виду:

– Вы говорите, что мы должны принять полностью квантовый взгляд не просто на то, что происходит сейчас во Вселенной, – на волновые функции частиц, струн, и так далее, – но на космос как целое. А это значит расстаться с идеей, что существует что-то вроде глобального классического пространственно-временного фона. Вместо этого мы должны думать о Вселенной как о суперпозиции многих возможных пространств-времен. Значит, квантовая Вселенная является неопределенной даже на самых больших масштабах – на масштабах, простирающихся далеко за пределы нашего космологического горизонта, вроде тех, которые ассоциируются с вечной инфляцией. И эта крупномасштабная космическая размытость подводит мину под тот вечный фон, существование которого предполагают Линде и фанаты мультивселенной.

К моему облегчению брови Стивена снова полезли вверх. Кликанье возобновилось, хотя на этот раз медленнее: казалось, что он колеблется. Наконец на экране появилось вот что:

«Вселенная, какой мы ее наблюдаем, – единственная разумная точка отсчета в космологии».

Определенно, наш разговор переходил на уровень пророчеств оракула – это ощущение усиливало белое облачко пара, выпускаемого увлажнителем воздуха на столе. Стивен двигался к центральной стадии нашей дискуссии – к тому, что философы часто называют фактичностью Вселенной, к самому факту ее существования и к тому, что она оказалась такой, какая есть, а не какой-то еще. Это звучало разумно, но к чему это нас вело? Готов ли он был все переосмыслить? У меня было множество вопросов, но я давно уже усвоил одну особенность Стивена: когда он говорил, что что-то «разумно», он подразумевал при этом, что какая-то идея, которую он не мог толком доказать, на интуитивном уровне ощущалась им как правильная, а следовательно, не подлежала обсуждению. Поэтому я попробовал продолжить наш разговор, вслух рассуждая о том, может ли более расширительный и пластичный взгляд квантовой космологии на историю – от одной истории к множеству возможных историй – каким-то образом отвлечь космологическую теорию как целое от поисков архимедовой точки. Может ли правильная квантовая теория космологии включить в свои построения нашу перспективу «с точки зрения червяка» и в то же самое время, в отличие от антропного принципа, остаться верной основным принципам науки? Через пятьсот лет после Коперника это было бы выдающимся актом унификации.

Опять в замедленном темпе, будто не в силах справиться с замешательством, которое охватило нас перед решающим сдвигом куновской парадигмы, собрав всю свою энергию, Стивен написал еще одну строчку:

«Я думаю, что правильное квантовое воззрение [на Вселенную] ведет к иной философии космологии, в которой мы движемся сверху вниз и ретроградно во времени, начиная при этом с поверхности наших наблюдений»[158].

Я был поражен. Новая философия Стивена, его взгляд «сверху вниз», казалось, опрокидывает отношение между причиной и следствием в космологической теории. Но когда я сказал об этом Стивену, он только улыбнулся. Было видно, какое удовольствие доставляет ему его открытие. Пути назад не было.

Заканчивая разговор, он подытожил нашу новую позицию в свойственной ему лаконичной и дерзновенной форме:

«История Вселенной зависит от вопроса, который вы ей задаете. Спокойной ночи».

Что же Стивен хотел этим сказать? Ключевая роль «акта наблюдения» в квантовой механике (в формулировке Стивена – вопроса, который мы задаем Вселенной) осознается физиками с 1920-х, со времен создания квантовой теории. Это одна из самых неожиданных особенностей квантовой механики – производимые экспериментатором наблюдение и измерение в явном виде включены в процесс предсказания их результата. По сути, именно это больше всего беспокоило Эйнштейна в теории квантов. В октябре 1927 года на Пятом Сольвеевском конгрессе в Брюсселе квантовые физики первого поколения праздновали рождение новой триумфально входящей в науку теории микромира. Передавали слова немецкого физика Макса Борна, что развитие физики завершится в течение шести месяцев, и организатора симпозиума Эрнеста Сольвея это даже не слишком удивляло. Сольвей учредил свои конференции физиков в 1911 году и расписал их на 30 лет вперед – он считал, что к тому времени физика уже даст миру все, что она должна была ему дать[159].

Однако ум одного из величайших научных революционеров XX столетия с новой квантовой механикой смириться никак не мог. Эйнштейн приехал на Пятый Сольвеевский конгресс в состоянии глубокой неудовлетворенности квантовой теорией. Он отклонил приглашение Лоренца сделать доклад и, как рассказывали, во время конференции был молчалив. Однако споры шли не только на заседаниях. Все ученые жили в одном отеле, и там, за общим обеденным столом, Эйнштейн вел себя гораздо свободнее. Нобелевский лауреат Отто Штерн оставил нам свидетельство очевидца: «Эйнштейн спускался к завтраку и тут же принимался высказывать свои опасения по поводу новой квантовой теории. Он каждый раз выдумывал прекрасный мысленный эксперимент, из которого было видно, что в самом сердце теории заключено логическое несоответствие… Бор внимательно выслушивал его, а вечером, за ужином, подробно разъяснял суть противоречия и указывал выход из него»[160].

Эйнштейн резко выступал против квантовомеханической идеи, что частица могла оказаться в определенном месте, когда ее наблюдают, но имела только некоторую вероятность оказаться в той или иной точке, когда не подвергалась наблюдению. «Физика есть попытка воспринять реальность такой, какова она есть, независимо от того, наблюдаем мы эту реальность, или нет»[161], – возражал он. В шутку он спрашивал, необходимо ли наблюдателю быть человеком, чтобы частица заняла определенное положение, или будет достаточно, если на нее случайно посмотрит, скажем, мышка.

ИСТОРИЯ ВСЕЛЕННОЙ ЗАВИСИТ ОТ ВОПРОСА, КОТОРЫЙ ВЫ ЕЙ ЗАДАЕТЕ.

Рис. 40. Нильс Бор и Альберт Эйнштейн на Шестом Сольвеевском Конгрессе в Брюсселе (Бельгия), 1930 г.

Вероятностная природа квантовой механики была для Эйнштейна сигналом неполноты теории. Он считал, что должен существовать более глубокий уровень описания, который давал бы объективное и адекватное представление физической реальности, безотносительно к каким-либо актам наблюдения. «[Квантовая] теория дает прекрасные результаты, но вряд ли делает нас ближе к разгадке Его секретов, – писал он Борну. – Как бы там ни было, я убежден, что Он не играет в кости»[162]. В противоположность Эйнштейну Нильс Бор, который был так же силен в философии, как и в математике, интуитивно был глубоко убежден, что квантовая механика непротиворечива. Бор серьезно принимал центральное положение квантовой теории: акт наблюдения – тот самый вопрос, который мы задаем Природе, – влияет на то, как именно Природа проявляет себя. Он придерживался принципа «никакое явление не является реальным, пока оно не станет наблюдаемым».

И вышло так, что на Пятом Сольвеевском конгрессе был сделан первый шаг в одном из величайших научных споров XX века: в споре Эйнштейна с Бором. Что было на кону? Судьба квантовой революции.

Один из аспектов их спора касался ключевого вопроса о причинности и детерминизме в физике. Квантовая механика со своими случайными скачками и вероятностными предсказаниями очевидным образом разрушает столь знакомую нам по классической физике прямую причинную связь между тем, где мы находимся сейчас и где мы окажемся в следующий момент. Является ли этот недостаток причинности и детерминизма в нашем описании Природы лишь временным техническим обстоятельством (позиция Эйнштейна) или фундаментально новым свойством физической теории (позиция Бора)?

Но дискуссия затрагивала и более глубокую онтологическую сторону квантовой механики. В ответ на возражения Эйнштейна Бор был вынужден прояснить, что именно побуждает волновые функции в квантовой механике переходить от туманных и смутных наложений различных реальностей к вполне определенной реальности ежедневного опыта. Мы не наблюдаем никаких наложений реальностей: экспериментаторы находят частицы либо здесь, либо там, но не здесь и там одновременно. Как же именно это происходит? Дерзкий ответ, который давала на этот вопрос копенгагенская школа Бора, заключался в том, что этот переход происходит из-за самого вторжения в реальность экспериментатора. Бор полагал, что сам акт измерения вынуждает Природу определиться и проявить ту или другую реальность. Когда мы измеряем, к примеру, положение частицы, мы воздействуем на нее – скажем, направляя на нее лазерный луч. Это воздействие, утверждал Бор, вызывает коллапс распределенной в пространстве волновой функции частицы, приводя ее к пику в единственном из ее бесчисленных возможных положений – в наблюдаемом. Выключим лазер – и волновая функция снова распространится повсюду, непрерывно и плавно изменяясь от точки к точке в соответствии с уравнением Шрёдингера, что я и описал в главе 3. Возвратимся к измерениям – и волновая функция частицы снова сконцентрируется в состояние с определенным положением.