Представьте себе, что Солнце стало кораблём. Нет, не как метафора для света или тепла, а буквально — судном, буксиром, способным тянуть за собой всю Солнечную систему по галактике. Это не сюжет научно-фантастического комикса; это строгая, математически обоснованная концепция на стыке астрофизики, инженерии и поиска внеземного разума (SETI). Учёные называют её звёздной машиной.

Когда речь заходит о развитых инопланетных цивилизациях, мы часто используем шкалу Кардашёва. Цивилизация типа I использует энергию всей планеты (наша цивилизация пока поскромнее — в настоящее время мы не дотягиваем до этого уровня и находимся примерно на отметке 0,7). Цивилизация типа II, однако, действует в удивительных для нас масштабах: она использует всю энергию звезды. Для звезды, подобной нашему Солнцу, это примерно 4 × 10²⁶ ватт — огромное число, 4 и двадцать шесть нулей. Это в десять миллиардов раз превышает общее энергопотребление современного человечества [9]. Имея такой энергетический бюджет, можно не просто строить города, а перестраивать целые солнечные системы.

А какой самый экстремальный проект перестройки можно себе представить? Конечно — перемещение самой звезды.

Представьте на мгновение, что вы перенеслись в прошлое и оказались в древней культуре — будь то великая цивилизация или небольшое племя. По какому-то странному стечению обстоятельств вы забыли всё, что когда‑либо знали о современной космологии. Никаких воспоминаний о Большом взрыве, никаких воспоминаний о галактиках или теории относительности. Но люди вокруг вас полны любопытства. Они смотрят на солнце, описывающее дугу по небу, на луну, меняющую форму, на бесчисленные звёзды, разбросанные в небе. Они видят горы, реки, животных и задают вам — своему новому жрецу, шаману или мудрецу — сложные вопросы: откуда всё это взялось? Почему мы здесь? Что такое Вселенная и каково наше место в ней?

У вас нет телескопов, нет лабораторий, нет математической физики. У вас есть только ваши чувства, накопленные наблюдения вашего народа, его истории и традиции, возможно, немного простой геометрии и много времени для размышлений. Вы должны сочинить историю сотворения мира — такую, которая объясняет происхождение космоса, его структуру и роль человечества в нём. Это задача, с которой сталкивалась каждая культура, и рассказы, которые они создавали, никогда не были простой фантазией. Это были тщательно продуманные, содержательные системы, призванные придать смысл миру, управлять поведением людей и отвечать на самые глубокие вопросы.

Бывают такие научные опыты, после которых хочется просто выйти на улицу, вдохнуть холодного воздуха и долго смотреть в пустоту, пытаясь переварить услышанное. Для многих таким моментом стало знакомство с экспериментами Бенджамина Либета, которые он проводил в восьмидесятых годах прошлого века. Либет подключал датчики к голове добровольцев и просил их совершить простое действие: в любой произвольный момент, когда им захочется, пошевелить кистью руки. Это должен был быть максимально свободный, ничем не обусловленный выбор.

Учёный измерял так называемый потенциал готовности — это нарастание электрических сигналов в мозге, которое происходит непосредственно перед началом движения. О том, что мозг готовится к действию чуть раньше, чем мышца сокращается, знали и до него. Но Либет добавил в схему важную деталь. Он поставил перед участниками циферблат с быстро движущейся точкой, чтобы они могли зафиксировать точный момент, когда у них возникло осознанное желание пошевелить рукой.

Результаты оказались обескураживающими. Измерения показали, что испытуемые осознавали своё решение примерно за одну пятую секунды до самого движения. Но вот потенциал готовности в мозге начинал формироваться значительно раньше — примерно за полсекунды до действия. Если верить этим цифрам, мозг принимал решение «сделать это» раньше, чем человек успевал об этом подумать. Как будто сознание — это не капитан корабля, а просто пассажир, которому приносят уведомление о манёвре, когда штурвал уже повёрнут.

Современная космология находится в парадоксальном положении. Мы научились заглядывать в прошлое на 13 миллиардов лет, взвешивать скопления галактик и фиксировать колебания самой ткани пространства-времени. Но при всём при этом мы вынуждены признать: около 85% материи во Вселенной — это «нечто», о чём мы не имеем ни малейшего представления. Мы называем это «тёмной материей».

Десятилетиями фаворитами в гонке за звание тёмной материи были гипотетические элементарные частицы (вроде вимпов или аксионов). Но что, если мы ищем не там? Что, если разгадка — это не микроскопическая частица, а макроскопический объект, рождённый в самые первые, яростные мгновения существования мироздания? Речь идёт о первичных чёрных дырах (ПЧД). Это не просто «чёрные дыры», это призраки Большого взрыва, которые могут оказаться единственным логичным объяснением архитектуры космоса.

До сих пор помню, какое впечатление в детстве произвели на меня магниты. Они вели себя почти как живые — выпрыгивали из пальцев, сцеплялись друг с другом, резко прилипали к оказавшемуся поблизости металлическому предмету. Честно говоря, у меня до сих пор рядом с рабочим местом есть стопочка магнитов, висящая на металлической части оконной рамы. Они пригождаются во всяких поделках, но, возможно, их магия для меня просто ещё потеряна не до конца.

Ну а уж если вы в детстве видели, как делят магнит, или сами пытались распилить магнит в виде брусочка пополам, надеясь, что на этот раз всё получится — что один фрагмент будет взаимодействовать только с северным полюсом, а другой — только с южным... Вряд ли вы это забудете. Как и то, что каждый раз природа нам отказывает в таком удовольствии. Каждый новый фрагмент просто становится уменьшенной копией изначального магнита, с собственными северным и южным полюсами. Сколько бы раз вы ни повторяли эксперимент, магнетизм брусочка отказывается упрощаться.

Один из самых странных фактов о нашей Вселенной в то же время и один из самых известных: гравитация, как взаимодействие, невероятно слаба. Слаба не в том смысле, что она не формирует галактики и не удерживает планеты на орбите — она это очевидно делает — но слаба по сравнению с другими фундаментальными силами природы. Это огромное несоответствие лежит в основе того, что физики называют «проблемой иерархии», одной из самых глубоких и стойких загадок современной теоретической физики.

На первый взгляд проблема иерархии звучит абстрактно и технически. Но за жаргоном скрывается простой, почти философский вопрос: «почему природа оперирует в таких разных масштабах энергии?» Почему гравитация так слаба по сравнению с силами, которые управляют атомами и частицами? И что это говорит нам о структуре реальности на самом фундаментальном уровне?

На протяжении десятилетий космологи рассказывали нам удивительную историю о составе нашей вселенной: 95% её состоит из загадочных, невидимых компонентов, получивших название тёмная материя и тёмная энергия. Эта «стандартная модель» космологии успешно объяснила многие наблюдения, но какой ценой? Нам нужно принять, что подавляющая часть Вселенной состоит из веществ (и веществ ли?), которые ни одна лаборатория никогда не обнаруживала напрямую. И вот теперь учёные начинают приходить к радикально иному объяснению, предполагая, что нас обманули. Точнее, нас ввела в заблуждение «неровная», неоднородная структура Вселенной.

Эта альтернативная точка зрения принадлежит к области неоднородной космологии, которая постулирует, что наблюдаемое ускорение расширения Вселенной может быть вызвано не загадочной тёмной энергией, а космическим миражом, созданным неравномерным распределением материи в пространстве. Если эта теория верна, она произведёт революцию в нашем понимании космоса и устранит одну из величайших загадок современной физики.

Согласно теории горячего Большого взрыва, у Вселенной было начало — существовал день, у которого не было «вчера». Человеку представить это довольно сложно, не уходя в философские и теологические размышления о сотворении мира. Кроме того, многие современные учёные утверждают, что горячий Большой взрыв был не самым началом, а следствием предыдущей эпохи — космической инфляции.

Тем не менее, если спросить любого космолога, сколько лет нашей Вселенной, ответ будет простой: 13,8 миллиарда лет. Почему именно так, и с какого момента начинается отсчёт?

Существует два подхода к определению возраста Вселенной...

Из всех философских вопросов, пожалуй, самым фундаментальным будет: почему вообще что-то существует? А люди привыкли к тому, что у любого вопроса должен быть ответ. Дети, познавая мир, задают очень разные вопросы, надеясь получить ответ на каждый из них. Образование в учебных заведениях построено таким образом, что на любой вопрос должен найтись ответ — один, правильный, или хотя бы несколько вариантов.

В реальной жизни всё не так просто — есть вопросы без ответа, есть вопросы, которые ответа не требуют, а есть вопросы, на которые может и не быть ответов в принципе. Вопросы «что находится к северу от Москвы» или «который сейчас час в Петропавловске-Камчатском» вполне осмысленны и на них можно дать чёткие ответы. А на почти такие же вопросы, «что находится к северу от Северного полюса», или «который сейчас час на Солнце» ответов нет в принципе, потому что они выходят за рамки привычного нам контекста.

В предыдущей серии

В прошлой части мы говорили о классических версиях мультивселенной, связанных с инфляцией, циклами и струнной теорией. Теперь посмотрим на более смелые идеи: от квантовых миров Эверетта до гипотезы симуляции и математической Вселенной Тегмарка.

Задайте разным людям вопрос о концепции Мультивселенной, и вы, скорее всего, получите самые разные ответы. Некоторые посмотрят на эту идею как на надежду на то, что где-то существует лучшая версия вас — человек, сделавший более смелый выбор, добившийся лучшего результата или избежавший критической ошибки на каком-то этапе жизненного пути. Может быть, где-то там, в Мультивселенной, есть версия вас с лучшей жизнью, более толстым кошельком, лучшей работой и карьерой, или версия, которая не страдала от больших потерь, болезней или неудач, с которыми вам пришлось столкнуться. С другой стороны, возможно, существуют версии вас, которые страдали гораздо сильнее, чем вы, включая версии, в которых вы не дожили до сегодняшнего дня. Мультивселенная, по крайней мере в том виде, в каком о ней думает большинство людей, полна наших надежд и страхов.

Наша родная планета просто переполнена жизнью. За более чем 4 миллиарда лет непрерывной биологической активности на нашей планете жизнь укоренилась практически в каждой нише — от глубочайших океанских впадин до внутренностей вулканических кратеров, от почти кипящих кислотных геотермальных источников до самых высоких заснеженных горных вершин. Живые организмы есть буквально повсюду, они хорошо приспособлены к своим экологическим нишам и способны извлекать энергию и/или питательные вещества из окружающей среды, чтобы выживать, процветать и размножаться.

Несмотря на огромные различия между анаэробным одноклеточным организмом и человеком, их сходство поразительно. Все организмы опираются на одни и те же биохимические молекулы-предшественники, которые, в свою очередь, построены из одних и тех же атомов: прежде всего углерода, азота, кислорода, водорода и фосфора, а также ряда менее распространённых элементов, необходимых для жизненных процессов.

Учитывая, что всё во Вселенной возникло из одного и того же космического события — горячего Большого взрыва, — можно было подумать, что строительные блоки, необходимые для жизни, присутствовали в ней с самого начала. Может показаться, что жизнь просто обязана была возникнуть во время естественного хода вещей. Как сказал персонаж О. Ж. Грант из кинофильма «Трасса-60», «вероятность любого события — 100%, иначе оно бы не произошло».

Время не ждёт. Мы все это чувствуем, но редко задумываемся о причине этого и о смысле времени вообще. Чаще всего у нас, обычных людей, нет времени думать о времени. А вот у некоторых физиков в этом заключается суть их работы.

В обычной жизни мы привыкли делить время на три категории: прошлое, настоящее и будущее. Даже если такое разделение кажется очевидным, суть его при дальнейшем анализе постепенно размывается. Нам нужно настоящее, чтобы определить и отделить прошлое от будущего. Но что такое «настоящее»?

Всё, что определяется временем, должно иметь продолжительность. Мы можем измерить продолжительность прошедших событий и прикинуть длительность будущих. Но настоящее как будто вообще не имеет продолжительности – это точка между прошлым и будущим на временной прямой. Это абстракция, не имеющая длительности. Следует ли из этого, что настоящего не существует?

На фундаментальном уровне Вселенная состоит из квантов — отдельных сущностей, обладающих такими физическими свойствами, как масса, заряд, импульс и т. д., которые могут взаимодействовать друг с другом. Два или более кванта могут вступать в связь друг с другом, образуя сложные структуры, такие как протоны, атомы, молекулы, а из них уже состоят стулья, кастрюли и люди. Хотя квантовая физика как точная наука появилась относительно недавно, в основном в прошлом веке, но идея о том, что Вселенная состоит из неделимых сущностей, которые взаимодействуют друг с другом, уходит корнями более чем на 2000 лет назад, по крайней мере, к Демокриту Абдерскому.

В последние два десятилетия физики развивают любопытную идею. Возможно, мир, в котором мы живём, включая нас самих, — не более чем иллюзия, голограмма, созданная реальностью, в которой отсутствует важное свойство привычного нам мира — третье измерение.

Хуан Малдасена, профессор Института перспективных исследований в Принстоне, сыграл важнейшую роль в развитии этой идеи, известной как «голографический принцип» или «AdS/CFT соответствие». В 1990-х годах Малдасена придумал самую первую модель Вселенной, в которой реализован голографический принцип.

Голографический принцип вырос из одной из самых больших научных проблем двадцатого века: того факта, что две фундаментальные теории физики — теория гравитации Эйнштейна (общая теория относительности, ОТО) и квантовая механика, не уживаются друг с другом.

• координатой,
• импульсом,
• спином,
• квантовыми числами (заряд, цветовой заряд в КХД и т. д.).

1. Всё, что когда-либо появлялось, имеет причину.
2. Вселенная появилась в какой-то момент времени.
3. Следовательно, Вселенная имеет причину — её кто-то создал.