Прочетете откъс от “Космическият пейзаж”

|
За всички, които изпитват жив интерес към науката и безкрайно любопитство към това как се е формирал светът, който познаваме днес, издателство "Инфодар" предлага книгата "Космическият пейзаж" на Ленард Съскинд, която до края на седмицата ще можете да намерите вече във всички добри книжарници.
Ленард Съскинд е роден в Ню Йорк през 1940 г. Получава бакалавърска степен по физика от Градския колеж на Ню Йорк, а през 1965 г. защитава докторат в университета „Корнел”.
В периода 1966-1979 г. е преподавател и изследовател в университета „Йешива” и Университета на Тел Авив в Израел. От 1979 г. е професор по теоретична физика в Университета „Станфорд” в САЩ.
Съскинд е един от поне тримата физици, които около 1970 г. независимо един от друг създават теорията за струните.
През 2003 г. въвежда концепцията за Пейзажа на Струнната теория.
Автор е на научнопопулярните книги „Космическият пейзаж” (2005) и „Войната на черните дупки” (2008).
През 2003 г. Ленард Съскинд въвежда концепцията за Пейзажа на Струнната теория – идея, която бележи смяна на парадигмите във физиката и космологията в началото на 21. век. Голямата загадка на съвременната космология е защо Вселената изглежда така, сякаш е специално създадена в нея да съществува форма на живот като нашия. В много отношения тя напомня за ситуацията в биологията преди Дарвин. „Космическият пейзаж“ търси научното обяснение на привидните чудеса във физиката и космологията и философската му обосновка. От квантовата електродинамика през космологичната константа до струнната теория и знаменитата си „война за черните дупки“ със Стивън Хокинг авторът представя достъпно най-актуалните теории за формирането на света, в който живеем. Книгата е предназначена за неспециалисти – в нея (почти) няма научен жаргон, уравнения и математически формули. И все пак упоритият читател ще завърши пътешествието из „Космическия пейзаж“ с по-добро разбиране на съвременната физика и с убеждението, че Вселената не се променя, за да ни е удобно на нас – тя е разнообразно място, а ние се намираме в благоприятната част от него.

„Убеден съм, че истинската наука изисква обяснения, които не съдържат свръхестествени елементи. Смятам, че окото е еволюирало според механизмите, описани от Дарвин. Смятам, че физиците и космолозите трябва също да намерят естествено обяснение на нашия свят, включително и на изумителните щастливи случайности, които са се наговорили, за да направят съществуването ни възможно. Смятам, че когато хората заместват рационалните обяснения с магията, това не е наука, без значение колко гласовито претендират, че е така.
Кои са читателите, към които е насочена тази книга? Отговорът е: към всички, които изпитват жив интерес към науката и любопитство към това как се е формирал светът, който познаваме днес. Но въпреки че книгата е предназначена за непрофесионалисти, тя не е “лековата” и следователно не е за хора, които се страхуват да напрегнат ума си. Постарах се да не включвам уравнения в текста и да не използвам научен жаргон, но не съм спестявал предизвикателните концепции. Избягвах математическите формули, но, от друга страна, се опитах да дам точни и ясни обяснения на принципите и механизмите зад новата парадигма, която се формира. Разбирането на тази нова парадигма ще е от съществено значение за всеки, който желае да следи в развитие търсенето на отговори на “големите въпроси”.” - Ленард Съскинд

 
Въведение

Въздухът е много студен и неподвижен. Освен звукът от собственото ми дишане, тишината е абсолютна. Сухият ситен сняг скърца под ботушите ми. Идеалната му белота, осветена от звездите, придава на околността тайнствено блещукане, докато звездите не избледнеят до едно несекващо сияние в черния небесен свод. Нощта е по-светла на тази пуста планета, отколкото в моя роден свят. Красиво е, но някак безжизнено и студено: идеалното място за метафизични наблюдения.
Изоставих безопасността на базата и тръгнах сам, за да поразсъждавам върху събитията от изминалия ден и да следя небето за метеори. Оказа се невъзможно да мисля за друго, освен за съвършената огромност и безлична същност на Вселената. Въртящото се колело на галактиките, вечното разширяване на пространството, безкрайният студ на космоса, жегата на раждащите се звезди и предсмъртният им гърч като червени гиганти – със сигурност това трябваше да е смисълът на съществуването. Човекът, животът като цяло, изглеждаше без значение за развитието на Вселената – просто петно от вода, мазнини и въглерод върху една миниатюрна планета, обикаляща около звезда без особена важност.
По-рано същия ден, по време на кратките хапливо-студени светли часове, Кърт, Кип и аз извървяхме една миля до руската база, за да видим ще намерим ли някой братушка, с когото да поговорим. Стивън искаше да дойде с нас, но нямаше как да прекараме количката му през преспите. Порутеният лагер – само няколко ниски, ръждясали и огънати метални сгради – изглеждаше изоставен. Тропахме по вратата, но нямаше жива душа. Отворих и се взрях в зловещата вътрешност, после дръзко влязох вътре и се огледах. Беше студено колкото и навън. Базата беше напълно изоставена. Около стотината спални помещения бяха отключени, но празни. Как могат сто мъже да изчезнат толкова окончателно? Върнахме се в базата в пълно мълчание.
Заварихме нашия руснак да пие и да се смее в бара. Явно Виктор беше един от тримата руснаци, останали на планетата. Доставките от Русия секнали преди повече от година. Щели да умрат от глад, ако нашите хора не ги бяха приютили. Така и не видяхме другите двама руснаци, но Виктор ни увери, че били живи.
Той настоя да ми купи питие “за студа” и ме попита “как ми харесва това ш...о място”. Отговорих му, че през всичките ми пътувания само веднъж съм виждал друго небе, което да се доближава до красотата на това. По ирония на съдбата онази чужда планета беше толкова гореща, че скалите биха опържили всичко, което се докоснеше до тях.
Разбира се, не бяхме наистина на друга планета. Само изглеждаше така. Антарктида действително е доста извънземна. Стивън Хокинг, Кърт Калан, Кип Торн, Стан Десър, Клодио Тийтълбойм, нашите съпруги и още няколко теоретични физици бяхме тук за развлечение – награда за ходенето ни в Чили на конференция, посветена на черните дупки. Клодио, виден чилийски физик, беше уредил чилийските военновъздушни сили да ни закарат за няколко дни до тяхната антарктическа база с един от гигантските си товарни самолети “Херкулес”.
Беше август 1997 г. – зима в Южното полукълбо – и ние очаквахме най-лошото. Най-ниската температура, която бях изпитвал аз, беше –20° F (-28 °С) и се притеснявах как ще ми понесе –60 ° F (-50 °С), докъдето често падаше термометърът по тези ширини. Когато самолетът се приземи, тревожно закопчахме тежките си арктически якета, които военните ни бяха осигурили, и се приготвихме за страховития мраз. Вратите се отвориха, жената на Кърт, Шантал, изскочи навън, размаха ръце и весело извика:
– Студено е колкото зимен ден в Ню Джърси.*(*Кърт Калън е професор в “Принстън”.)
Така и беше. Останахме навън целия ден, за да се забавляваме в снега.
По някое време през нощта звярът се събуди. На сутринта Антарктида беше развихрила яростта си. Излязох за няколко минути, за да усетя онова, което Шакълтън и неговите корабокрушенци е трябвало да изтърпят. Защо не са загинали? Нито един човек от експедицията не е бил загубен. Защо не са умрели всички от пневмония, прогизнали насред смразяващия студ? Докато стоях навън, под поривите на бурята, разбрах отговора. Нищо – дори микробите, които причиняват настинката – не можеше да оцелее тук.
Другата “чужда” планета, която споменах на Виктор, е Долината на смъртта – още едно безжизнено място. Не, не съвсем безжизнено. Чудех се обаче колко по-горещо трябва да стане, за да се изпържи всяка протоплазма. Общото между Антарктида и Долината на смъртта е извънредната сухота. В Антарктида е твърде студено, за да може във въздуха да има каквато и да е водна пара. Това, както и пълната липса на светлинно замърсяване, прави възможно и в двете крайности звездите да се наблюдават по начин, от който съвременният човек рядко има възможност да се възползва. Докато стояхме под звездната светлина на Антарктида, ми хрумна колко щастливи сме ние, хората. Животът е крехък, той може да процъфти само в тесния диапазон между температурата на замръзване и завиране на водата. Колко сме щастливи, че планетата ни е на точното разстояние от Слънцето: малко по-надалече, и щяхме да сме подложени на смъртоносната арктическа зима, или по-лошо. Малко по-близо, и повърхността щеше буквално да пържи всичко, което я докосне. Като руснак, Виктор се отнасяше към въпроса мистично: “Не е ли Божията безкрайна доброта и любов тази, която е позволила съществуването ни?” Ще изложа собственото си “нехайно” обяснение в подходящия момент.
Всъщност трябва да сме благодарни за много повече неща, отколкото за температурата. Без точното количество въглерод, кислород, азот и други елементи, умереният климат щеше да е безполезен. Ако Слънцето в центъра на системата бъде заместено от двойна система* (*Двойна звездна система означава, че две звезди обикалят около центъра на тежестта си.), планетарните орбити ще са твърде хаотични и нестабилни, за да поддържат живот. Съществуват безброй опасности от този вид. Но на върха на стълбата са самите природни закони. Всичко, което е необходимо, е малка промяна в законите на Нютон или правилата на атомната физика и бум! – животът би изчезнал веднага или никога не би се появил. Изглежда, че нашият ангел пазител не само ни е осигурил една много благоприятна за живеене планета, но и е създал законите на съществуването – законите на физиката и космологията – точно като за нас. Това е най-голямата загадка на природата. Късмет ли е, или е резултат от интелигентен и добронамерен дизайн? Изобщо това въпрос от сферата на науката ли е, или е по-достоен за метафизиката и за религията?
Тази книга е за дебата, който разбужда страстите сред физиците и космолозите и е част от eдин по-голям спор, особено в САЩ, където се намеси в злободневния политически дискурс. От едната му страна са хората, които са убедени, че светът трябва да е бил сътворен или създаден от разумен агент с добронамерена цел. От другата са твърдоглавите учени, които са уверени, че Вселената е продукт на безличните и безразлични закони на физиката, математиката и вероятността – свят без цел, така да се каже. Под първата група нямам предвид библейските буквалисти, които вярват, че светът е бил създаден преди шест хиляди години и са готови да защитят това с живота си. Говоря за мислещите, интелигентни хора, които намират за трудно да повярват, че само по някаква тъпа случайност светът е възникнал толкова добре пригоден за човешките същества. Не смятам, че тези хора са глупави. Те имат своите основания.
Привържениците на интелигентния дизайн обикновено твърдят, че е твърде невероятно нещо толкова сложно като човешкото зрение да се е развило на изцяло случаен принцип. Това наистина е невероятно! Но биолозите са въоръжени с много мощно оръжие – принципът на естествения отбор – чиято обяснителна сила е толкова голяма, че почти всички учени вярват, че доказателствата са в полза на Дарвин. Чудото на окото само привидно е чудо.
Смятам, че привържениците на дизайна са по-прави, когато става дума за физика и космология. Биологията е само част от историята на сътворението. Законите на физиката и произходът на Вселената са другата част, която на свой ред е сякаш осеяна с чудеса. Изглежда безнадеждно невероятно, че който и да е конкретен закон е довел случайно до чудото на разумния живот. Само че повечето физици вярват точно в това: разумният живот е просто причудливо последствие от физичните принципи, които нямат нищо общо с нашето съществуване. По този въпрос споделям скептицизма на привържениците на първата група: смятам, че простият късмет се нуждае от обяснение. Но обяснението, което предоставя съвременната физика, е толкова различно от интелигентния дизайн, колкото са били различни аргументите на Дарвин от тези на Хлъзгавия Сам Уилбърфорс*(*Самюъл Уилбърфорс е англикански епископ, наречен Хлъзгавия заради изменчивата си позиция в църковните дебати. Томас Хъксли, основният ученик на Дарвин, е наречен Булдогът на Дарвин по очевидни причини. Двамата се изправят един срещу друг през 1860 г., за да дебатират върху “Произхода на видовете”. Хлъзгавия Сам ликуващо пита Хъксли кой от предците му, баба му или дядо му, е бил маймуна? Хъксли се обръща към него и отвръща: “Предпочитам да произлизам от маймуна, отколкото от някой, който търгува с истината.”).
Дебатът, за който се отнася тази книга, не е горчивото политическо противопоставяне между науката и креационизма. За разлика от дебата между Булдога Томас Хъксли и Уилбърфорс, днес аргументите не са между религията и науката, а между две воюващи фракции в науката – на онези, които вярват, че законите на природата се определят от математическите зависимости, позволяващи по една чиста случайност наличието на живот, и на онези, които вярват, че “законите на физиката” по някакъв начин са били предопределени от изискването физическият живот да бъде възможен. Горчивината и настървението на това противоречие са кристализирали в една фраза – антропния принцип – хипотетичен конструкт, според който светът е прецизно настроен, така че да позволи ние да сме тук и да го наблюдаваме! Бих казал, че сама по себе си това е една глупава недомислица. В нея няма повече смисъл, отколкото ако кажа, че окото е възникнало, за да има някой, който е в състояние да прочете тази книга. Но той всъщност е сбит израз на много по-обширния набор от концепции, които ще изясня в следващите глави.
Противоречията между учените имат необходимия отзвук, за да предизвикат широк обществен дебат. Не е изненадващо, че те напускат аудиториите и страниците на научните издания и преминават в политическите дебати по въпросите на дизайна и креационизма. Християнските интернет сайтове също се включват в свадата:

Библията казва:
Хората са виждали земята и небето, и всичко, което Бог е направил, още от времето на Сътворението. Те са виждали ясно Неговите невидими качества, Неговата вечна сила и божествена природа. Така че те нямат никакво извинение да не познават Бог.
Това е толкова вярно днес, колкото е било винаги. В някои отношения с откриването на антропния принцип то е дори още по-вярно. Първото доказателство, което изобщо имаме, е самото Сътворение – една вселена, която носи подписа на Бог – вселена, която е “идеална” за нас.

И от друг религиозен сайт* (*Не знам какви са религиозните възгледи на Дейвис или Гринщайн, но бих се притеснявал от твърде буквалните интерпретации. Физиците често използват термини като “дизайн”, “деятел” и дори “Бог” като метафори за това, което е непознато за нас – точка. Аз самият съм използвал термина “деятел” и оттогава съжалявам. Айнщайн често е говорел за Бог: “Бог е коварен, но не е злонамерен”, “Бог не си играе на зарове”, “Искам да знам как Бог е създал света.” Повечето коментатори вярват, че за него това е било метафора за един систематично подбран комплект от природни закони.):

В книгата “Космическият проект” астрономът професор Пол Дейвис заключава, че съществуват неоспорими доказателства за наличието на дизайн:
Професор сър Фред Хойл, който не симпатизира на християнството, казва, че изглежда сякаш един суперинтелект си е поиграл с физиката, а също и с химията и с биологията.
А астрономът Джордж Гринщайн твърди, че докато изучаваме наличните факти, все повече се налага мисълта, че във всичко това е намесено някакво свръхестествено въздействие, или по-скоро Деятел. Възможно ли е неочаквано, без да го искаме, да сме се натъкнали на научното доказателство за съществуването на едно върховно същество? Дали именно Бог се е проявил и така навременно е създал космоса за нашето благо?

Не е за чудене, че антропният принцип притеснява толкова много физиците.
Дейвис и Гринщайн са сериозни учени, а Хойл е един от най-големите физици на ХХ век. Както те самите отбелязват, привидността на интелигентния дизайн е неоспорима*(*Ще се появи ли и това изречение, извадено от контекста си, в някой сайт? Да се надяваме, че не.). Необикновените съвпадения са задължителни, за да бъде възможен животът. Ще ни отнеме няколко глави, за да разберем в пълнота този “слон в стаята”, но нека да започнем с един предварителен преглед.
Светът, какъвто го познаваме, е доста случаен, в смисъла, който е от особена важност за физиците. Има много начини нещата да се влошат – да се влошат дотолкова, че животът, какъвто го знаем, да стане напълно невъзможен. Изискванията един свят да е достатъчно подобен на нашия, за да поддържа живот, се групират в три основни класа. Първият се отнася до необходимите суровини: химическите елементи. Животът е, разбира се, химически процес. Начинът, по който са съставени атомите, ги кара да се придържат едни към други в най-странната възможна комбинация: гигантските сглобки на молекулите на живота – ДНК, РНК, стотици протеини и всичко останало. Химията е всъщност клон на физиката: физика на валентните електрони, които обикалят около ядрото във външните райони на атома. Валентните електрони, които прескачат напред и назад или се споделят между атомите, са тези, които придават на атомите изумителните им свойства.
В основата на физичните закони стои списък на елементарните частици, като електрони, кварки и фотони, всяка с нейните специални свойства, като маса и електрически заряд. Това са елементите, от които е съставено всичко останало. Никой не знае защо списъкът е точно такъв или защо свойствата на тези частици са точно такива. Възможни са безкрайно много различни списъци. Но една вселена, изпълнена с живот, изобщо не е нещо обичайно. Елиминирането на която и да е от тези частици (електрони, кварки и фотони) или дори най-малката промяна в техните свойства би било причина за срив на конвенционалната химия. Това е особено очевидно за електроните и кварките, които съставят протоните и неутроните. Без тях не би имало атоми. Значението на фотоните обаче не е толкова очевидно. Към края на книгата ще се запознаем с произхода на сили като електрическата и гравитационната, но засега е достатъчно да знаем, че електрическите сили, които задържат атомите да не се разпаднат, са следствие от фотоните и техните специални свойства.
Ако природните закони изглеждат внимателно подбрани в областта на химията, те са също толкова внимателно подбрани и по отношение на втория комплект изисквания, а именно – удобен дом за нас, осигурен от еволюцията на Вселената. Особеностите на Вселената на глобално ниво – размерът й; скоростта на разширяването й; съществуването на галактики, звезди и планети – се управлява като цяло от гравитационните сили. Айнщайновата теория за гравитацията – Общата теория на относителността – “дава възможност” на Вселената да се разшири от първичната свръхнажежена точка на Големия взрив до сегашните си огромни размери. Свойствата на гравитацията, особено нейната сила, можеха да са различни. Всъщност това, че гравитацията е точно толкова слаба, е едно от необяснените чудеса*(*За експертите “слабостта” на гравитацията е еквивалентна на лекотата на обичайните елементарни частици. Малката маса на тези частици е наречена “проблемът за калибровъчната йерархия”. Макар че съществуват различни интересни идеи, по въпроса още няма консенсус.). Гравитационната сила между електроните и атомните ядра е десет хиляди милиарда милиарда милиарда милиарда пъти по-слаба, отколкото електрическото привличане. Ако тя беше малко по-силна, Вселената щеше да се развие толкова бързо, че нямаше да има време за възникването на разумен живот.
Гравитацията играе драматична роля в разширяването на Вселената. Нейното въздействие кара веществото на Вселената – водород, хелий и т.нар. тъмна материя – да формира галактики, звезди и накрая планети. Но за да се случи това, ранната вселена трябва да е била доста “буцеста”. Ако първичната материя на Вселената се беше разпределила равномерно, тя щеше да си остане такава вечно. Всъщност 14 милиарда години Вселената е била достатъчно буцеста. Малко повече или малко по-малко буцеста – и нямаше да има нито галактики, нито звезди, нито планети, върху които да еволюира животът.
И накрая стигаме до действителния химически състав на Вселената. В началото е имало само водород и хелий, които със сигурност не са достатъчни за възникването на живот. Въглеродът, кислородът и останалите елементи идват по-късно. Те се формират в ядрените реактори във вътрешността на звездите. Но способността на звездите да превръщат въглерода и хелия във вездесъщите въглеродни ядра е доста тънка работа. Дори съвсем малки промени в законите на електричеството и ядрената физика биха предотвратили възникването на въглерода.
И дори след като въглеродът, кислородът и другите биологично важни елементи се формират в звездите, те трябва да излязат навън, за да осигурят материята за планетите и живота. Очевидно ние не можем да живеем в невероятно горещата вътрешност на звезда. Как тази материя я е напуснала? Отговорът е: била е изтръгната насилствено в катаклизма на експлодирането на звездите като свръхнови.
Експлозията на свръхнова е забележителен феномен. В допълнение към протоните, неутроните, електроните, фотоните и гравитацията, свръхновите изискват и още една частица – призрачното неутрино. Докато напускат колапсиращата звезда, неутрините създават налягане, което изтласква елементите пред тях. За щастие наличният списък с елементарни частици включва и неутрино с правилните свойства.
Както казах, един свят, пълен с биологични феномени, не е в никакъв случай нещо очаквано. От гледна точка на забъркването на списъка с елементарни частици и мощността на силите той е доста рядко изключение. Но дали е достатъчно изключителен, за да гарантира една радикално нова парадигма, включваща антропния принцип? Ако трябваше да базираме схващанията си само на нещата, които сме доказали до този момент, щеше да има различни мнения, дори сред онези, които са отворени за антропните идеи. Повечето от фините настройки, необходими за живота, не са чак толкова точни, че да не са просто щастлива случайност. Може би, както физиците винаги са вярвали, ще бъде открит математически принцип, който да обясни списъка с частици и природните константи и многобройните щастливи инциденти ще се окажат точно това: щастливи инциденти. Съществува обаче една фина природна настройка, която ще обясня във втора глава и която е изключително невероятна. За физиците тя е удивителна загадка вече над половин столетие. Единственото обяснение за нея, ако може да се нарече такова, е антропният принцип.
Следователно имаме парадокс: как изобщо можем да се надяваме да обясним необичайно благоприятните особености на физичните закони и нашия собствен свят, без да намесваме свръхестествен разум? Антропният принцип, който поставя разумния живот в центъра на обясненията за Вселената, изглежда предполага, че някой, някакъв Деятел, бди над човечеството. Тази книга е за оформящата се физическа парадигма, която използва антропния принцип, но по начин, предлагащ чисто научно обяснение на привидната доброжелателност на Вселената. Аз самият я определям като “физически дарвинизъм”.
Кои са физичните закони, за които говоря? Как са формулирани? До времето на Ричард Файнман единственият инструмент на физиците за изразяване на физичните закони бяха тайнствените, непроницаеми уравнения на квантовата теория на полето – тема, която е толкова сложна, че дори математиците срещаха трудности да я проумеят. Необикновената способност на Файнман да визуализира физичните феномени промени всичко това. Той направи възможно да се систематизират законите на елементарните частици, като нарисува няколко прости диаграми. Диаграмите на Файнман и законите на физиката на елементарните частици, познати на учените като “стандартен модел”, са темата на първа глава.
Наистина ли е вярно, че Вселената и нейните закони са фино балансирани? Втората глава, “Коренът на всички физични проблеми”, може също да бъде наречена и “Коренът на всички балансиращи действия”. Когато законите за елементарните частици се срещнат с принципите на гравитацията, резултатът е потенциална катастрофа: един толкова бурен свят, че астрономичните тела, също както и елементарните частици, биха били разкъсани от най-разрушителните сили, които можем да си представим. Единственият изход е една конкретна природна константа – космологичната константа на Айнщайн – да бъде толкова фино настроена, че никой да не си помисли, че това би могло да е случайно. Представена от Айнщайн за първи път скоро след като завършва своята теория за гравитацията, космологичната константа е най-голямата енигма в теоретичната физика близо 90 години. Тя представлява универсална отблъскваща сила – вид антигравитация – която би унищожила мигновено Вселената, ако не беше изумително малка. Проблемът е, че според всички съвременни теории космологичната константа не би трябвало да е малка. Съвременните физични принципи са базирани върху две основи: Теорията на относителността и квантовата механика. Общият резултат от един свят, основан върху тези принципи, е вселена, която много бързо би се самоунищожила. Само че по причини, които са напълно неразбираеми за нас, космологичната константа е настроена изумително фино. Повече от всеки друг щастлив “инцидент” това е накарало някои хора да заключат, че
Вселената трябва да е резултат от определен замисъл.
Неизменен ли е обаче Дтандартният модел на физиката на частиците? Възможни ли са и други закони? В третата глава на тази книга обяснявам защо нашите закони съвсем не са уникални и как те биха могли да се променят от място на място и от време на време. Законите на физиката са до голяма степен като климата: контролирани са от невидимите влияния в пространството почти по същия начин както температурата, влажността, налягането и скоростта на вятъра определят кога се формира дъжд, сняг или градушка. Невидимите влияния наричаме полета. Някои от тях, като магнитното поле, са сравнително познати. Много други са непознати, дори на физиците. Но те съществуват, изпълват пространството и контролират поведението на елементарните частици. “Пейзажът” е термин, който аз измислих, за да опиша целия обхват на тези теоретични среди. Пейзажът е пространството на възможностите – схематично представяне на всички възможни обкръжения, допустими от теорията. През последните няколко години съществуването на богат Пейзаж от възможности стана основният въпрос в Струнната теория.
Спорът не е само научен. В четвърта глава ще говорим за естетическата страна на дебата. Физиците и особено теоретичните физици имат много силно усещане за красота, елегантност и уникалност. Те винаги са вярвали, че природните закони са уникалната неизбежна последица от някакъв елегантен математически принцип. Това вярване е толкова дълбоко вкоренено у тях, че повечето ми колеги биха изпитали усещане за огромна загуба и разочарование, ако тази уникалност и елегантност се окажат несъществуващи – ако природните закони са „грозни”. Дали обаче законите на физиката са елегантни в смисъла, който им придават физиците? Ако единственият критерий за това как работи цялата Вселена е дали поддържа живота, може да се окаже, че цялата структура е тромава, непохватна „машина на Руб Голдбърг”*(*Вж. Трета глава за дефиниция на машината на Руб Голдбърг.). Въпреки възражението на физиците, че законите на елементарните частици са елегантни, емпиричните доказателства насочват по-убедително към обратното заключение. Вселената има повече общи черти с машина на Руб Голдбърг, отколкото с уникално последствие от математическа симетрия. Не можем да разберем напълно противоречията и променящите се парадигми, без да разберем и идеите за красотата и елегантността във физиката, техния произход и мястото им в реалния свят.
Тази книга е написана по повод на едно концептуално „земетресение”, но не е просто словоизлияние на някакъв теоретик. Повечето от знанията ни идват от експерименталната космология и модерната астрономия. Две ключови открития са двигателят на промяната в парадигмата – успехът на инфлационната космология и съществуването на малка космологична константа. Инфлацията се отнася до краткия период от стремително експоненциално разширение, което първоначално създава терена за Големия взрив. Без нея Вселената вероятно щеше да представлява мъничка пуканка, не по-голяма от елементарна частица. С нея тя е нараснала до пропорции, които са извън обхвата и на най-мощните ни телескопи. Когато през 1980 г. Алан Гът формулира за първи път идеята за инфлацията, имаше много малък шанс тя да бъде доказана чрез астрономически наблюдения. Но оттогава насам астрономите увеличиха възможностите си толкова много, че онова, което тогава изглеждаше немислимо, днес е факт.
Огромният напредък в технологиите доведе до второ откритие, което се стовари като гръм върху физиците и беше толкова шокиращо, че още сме замаяни от въздействието му. Скандалната космологична константа*(*Позната също като „тъмна енергия”.), за която почти всеки беше сигурен, че е равна точно на нула, не е. Изглежда, че природните закони са фино настроени само толкова, че да попречат космологичната константа да бъде смъртно опасна за формирането на живота, но нищо повече. Пета глава е посветена на тези открития. Тази глава също обяснява основите на астрономията и космологията.
Космологичната константа може и да е „майка на всички балансиращи действия”, но съществуват още много допълнителни деликатни състояния, които изглеждат като фантастично щастливи съвпадения. Шеста глава, „За замразените риби и сварените риби” се отнася за тези второстепенни балансиращи действия. Мащабите им варират от космологични до микроскопични – от начина, по който се разширява Вселената, до масата на елементарните частици, като протони и неутрони. И тук отново урокът не е, че Вселената е проста, а че е пълна с изненадващи, необяснени и щастливи съвпадения.
Съвсем доскоро антропният принцип се смяташе от почти всички физици за ненаучна, религиозна и шантава погрешна идея. Според учените той беше плод на зашеметени космолози, пияни от собствените си мистични идеи. Истинските теории като тази за струните биха могли да обяснят всички свойства на природата по уникален начин, който няма нищо общо със собственото ни съществуване. Но един зашеметяващ обрат на съдбата постави привържениците на Струнната теория в притеснителна позиция: стана така, че тяхната собствена скъпоценна теория ги тласна право в прегръдките на техните врагове. Теорията на струните се оказа най-силното оръжие на врага. Вместо да създаде един-единствен уникален елегантен конструкт, тя позволява издигането на цял колосален пейзаж от машини на Руб Голдбърг. Резултатът от този обрат е, че много привърженици на Струнната теория смениха страната. Главите 7, 8, 9 и 10 са посветени на Струнната теория и на това как тя променя парадигмата.
Глави 11 и 12 се отнасят за стряскащия нов възглед за Вселената, който се очертава от обединените изследвания на астрономи, космолози и теоретични физици. Свят, който според космолози като Андрей Линде, Александър Виленкин и Алан Гът се състои на практика от безкрайна колекция „джобни вселени” с невероятно разнообразие. Всеки джоб има собствено „време”: собствен списък с елементарни частици, сили и физични константи. Последствията от подобен богат поглед към Вселената са необятни за физиците и космолозите. Въпросът „Защо Вселената е такава, каквато е?” може да се замести с въпроса „Съществува ли джоб в това огромно разнообразие, в който условията да са същите като нашите?”. Как механизмът, наречен вечна инфлация, кара това разнообразие да еволюира от първичния хаос и как революционизира дебатите върху антропния принцип и дизайна на Вселената е тема на единадесета глава.
Промяната в космологичната парадигма не е единственото, което се случва с основните принципи на физиката. Дванадесета глава се занимава с титаничния сблъсък, който съм нарекъл „Войната на черната дупка”. Войната на черната дупка се води през последните тридесет години и промени радикално начина, по който теоретичните физици възприемат гравитацията и черните дупки. Свирепата битка се отнасяше за съдбата на информацията, която попада отвъд хоризонта на черната дупка: дали е загубена завинаги, напълно извън познанието на външните наблюдатели, или има някакъв друг начин, по който части от нея се изнасят навън, когато черната дупка се изпарява? Според възгледа на Хокинг цялата информация отвъд хоризонта е необратимо загубена и нищо, дори най-дребното сведение за обекта от другата страна не може да бъде възстановено никога. Но това се оказа погрешно. Законите на квантовата механика не позволяват дори частичка от информацията да се загуби. За да разберем как тя избягва от затвора на една черна дупка, е необходимо напълно да преразгледаме основните си концепции за пространството.
Какво общо има Войната на черната дупка с темите на тази книга? Тъй като Вселената се разширява под въздействието на космологичната константа, космологията също има свои хоризонти. Нашият космически хоризонт е на около 15 милиарда светлинни години, където нещата се отдалечават толкова стремително от нас, че светлината от тях, или който и да е друг вид сигнал, никога няма да може да ни достигне. Това е абсолютно същото като хоризонта на черна дупка – крайна точка. Единствената разлика е, че космическият хоризонт ни заобикаля, докато ние заобикаляме хоризонта на черната дупка. И в двата случая нищо отвъд хоризонта не може да ни въздейства, или поне това сме приели за вярно. Нещо повече, другите джобни вселени – гигантското море от разнообразие – са изцяло извън нашия обсег, извън хоризонта! Според класическата физика тези други светове са запечатани извън нашия собствен свят. Но същите аргументи, с които бе спечелена Войната на черната дупка, могат да се приложат и в този случай. Съществуването и детайлите на всички тези други джобни вселени се съдържат в неуловимите характеристики на космическата радиация, която непрекъснато къпе всички части на нашата наблюдаема Вселена. Дванадесета глава е въведение във Войната на черната дупка, за това как беше спечелена и за нейното влияние върху космологията.
Дебатът, който проследявам в „Космическият пейзаж”, е истински: физиците и космолозите защитават страстно своите гледни точки. Тринадесета глава хвърля поглед върху съвременните схващания на много от водещите теоретични физици и космолози и върху техния личен поглед към този голям спор. В нея се обсъждат също и различните начини, чрез които експериментите и наблюденията могат да ни водят към постигането на консенсус.
На въпроса на Виктор “Не е ли Божията безкрайна доброта и любов тази, която е позволила съществуването ни?” бих отговорил с думите на Лаплас към Наполеон: „Тази хипотеза не ми е необходима”. „Космическият пейзаж” е моето обяснение, както и обяснението на все повече физици и космолози за парадокса на благосклонната Вселена.
 

По материали на издателство "Инфодар"







Коментари (0)

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *