В пьесе «Юлий Цезарь» Кассий говорит Бруту: «Порою люди – кузнецы своей судьбы». Но действительно ли мы кузнецы своей судьбы? Или все, что мы делаем, предопределено? Аргумент о предопределении использовался для подтверждения того, что Бог всемогущ и существует вне времени, и, стало быть, Бог заранее знает, что произойдет. Но тогда как мы можем обладать свободной волей? А если мы не обладаем свободной волей, то как мы можем отвечать за свои действия? Вряд ли это вина человека, если ему предопределено ограбить банк. Так почему же он должен быть наказан?
В последнее время аргумент в пользу детерминизма основывается на науке. Представляется, что существуют четко определенные законы, управляющие тем, как Вселенная и все сущее в ней развиваются во времени. Хотя мы еще не нашли точную форму этих законов, но уже знаем достаточно, чтобы определить, как ведет себя Вселенная во всех ситуациях, кроме экстремальных. Найдем ли мы остальные законы в сравнительно близком будущем – это зависит от точки зрения. Я оптимист и думаю, что шансы – пятьдесят на пятьдесят в пользу того, что мы найдем их в ближайшие двадцать лет. Но даже если не найдем, это на самом деле не имеет значения для спора. Важно то, что должен существовать набор законов, которые полностью определяют эволюцию Вселенной по ее начальному состоянию. Эти законы могли быть установлены Богом, но похоже, что Он (или Она) больше не вмешивается в дела Вселенной, чтобы нарушить эти законы.
Начальная конфигурация Вселенной могла быть выбрана Богом или могла определиться сама по научным законам. В любом случае похоже, что все во Вселенной предопределено эволюцией согласно научным законам, так что трудно понять, как мы можем быть кузнецами своей судьбы.
Идея о том, что возможна некая великая единая теория, определяющая все во Вселенной, вызывает много трудностей. Прежде всего, такая теория предположительно должна быть компактна и изящна с точки зрения математики. В теории всего должно быть нечто особое и простое. И все же как может некое число уравнений учесть всю сложность и мельчайшие детали того, что мы видим вокруг? Можно ли действительно поверить, что великая единая теория определила, будто первой в хит-параде этой недели будет Шинейд О'Коннор или что на обложке «Космополитен» появится Мадонна?
Вторая проблема с предопределением всего великой единой теорией заключается в том, что все наши утверждения, любые догадки тоже предопределены этой самой теорией. Но почему она должна предопределить, что мы сформулируем ее верно? Не более ли вероятно, что мы определим ее ложно, поскольку на каждое истинное высказывание приходится множество всевозможных ложных? Каждую неделю я получаю по почте кучу теорий от разных людей. Эти теории различны, и многие противоречат друг другу. И все же, предположим, великая единая теория предопределила то, что авторы считают себя правыми. Так почему же все, что я говорю, должно быть более здраво? Разве я не так же предопределен великой единой теорией?
Третья проблема с идеей, что все предопределено, заключается в нашем ощущении, будто мы обладаем свободной волей, что мы свободны выбирать, делать что-либо или нет. Но если все предопределено научными законами, то свободная воля – иллюзия, а коль скоро мы не обладаем свободной волей, на чем же основывается наша ответственность за свои поступки? Мы не наказываем преступников, если они невменяемы, так как считаем, что это не поможет. Но если все мы предопределены великой единой теорией и никто не может помешать нашим поступкам, так почему нужно нести ответственность за свои действия?
Эти проблемы детерминизма обсуждались веками. Однако дискуссия была несколько академичной, так как мы были далеки от полного знания научных законов и не представляли себе, как было определено начальное состояние Вселенной. Сейчас эти проблемы более актуальны, так как есть возможность в ближайшие двадцать лет создать эту единую теорию. А мы понимаем, что начальное состояние могло установиться само собой на основании научных законов, – это следует из моей личной попытки разобраться с этими проблемами. Я не претендую на особую оригинальность или глубину, но это лучшее, что я могу предложить в данный момент.
Начнем с первой проблемы: как может относительно простая и компактная теория лежать в основе Вселенной, такой сложной, со множеством мелких и незначительных деталей? Ключом к этому служит принцип неопределенности из квантовой механики, утверждающий, что нельзя точно измерить и положение частицы, и ее скорость: чем точнее измеряешь положение, тем менее точно можешь измерить скорость, и наоборот. Но в самой ранней Вселенной все было очень близко друг к другу, поэтому существовала огромная степень неопределенности и множество возможных состояний Вселенной. Эти различные возможные ранние состояния разовьются в семейство различных историй Вселенной. Большинство из них в своих основных чертах будут схожи. Они будут соотноситься с единой и ровной расширяющейся Вселенной. Однако они будут различаться такими деталями, как распределение звезд, и более того – такими, как обложки журналов (если, конечно, в тех историях будут журналы). Таким образом, сложность Вселенной вокруг нас и ее детали возникают из принципа неопределенности на ранних стадиях. Это дает полное семейство возможных историй, в которых нацисты победили во Второй мировой войне, хотя такая вероятность и мала. Но мы чисто случайно попали в историю, где войну выиграли союзники и на обложке журнала «Космополитен» изображена Мадонна.
Теперь я вернусь ко второй проблеме: если все наши действия предопределены некой великой единой теорией, почему теория предопределила, что мы придем к правильному, а не к ложному заключению о ней самой? Почему все, что мы говорим, должно быть здравым? Мой ответ основывается на идее Дарвина о естественном отборе. Я понимаю ее так: некоторые самые примитивные формы жизни возникли на Земле самопроизвольно из-за случайного сочетания атомов; эта ранняя форма жизни, вероятно, была просто большой молекулой, и, вероятно, это была не ДНК, так как шансы случайно образовать целую молекулу ДНК весьма малы.
Ранняя форма жизни должна была воспроизводить себя. Из квантового принципа неопределенности и хаотичного теплового движения атомов следует, что в воспроизведении возникало множество отклонений. Большинство из этих отклонений оказались роковыми для выживания организма и его способности дать потомство. Такие отклонения не передались в последующие поколения, а их носители вымерли. Очень немногие отклонения оказались удачными – чисто случайно. Организмы с такими ошибками имели больше шансов выжить и дать потомство. Таким образом, они могли заменить первоначальные, не усовершенствованные организмы.
Развитие двуспиральной структуры ДНК могло оказаться таким усовершенствованием на ранних стадиях. Вероятно, оно оказалось таким успешным, что полностью вытеснило все более ранние формы жизни, каковы бы они ни были. По мере эволюции развилась центральная нервная система. Существа, правильно осознававшие значение данных, предоставляемых органами чувств, и предпринимавшие соответствующие действия, имели больше шансов выжить и дать потомство. Человек вывел это свойство на новый уровень. Мы очень похожи на приматов и телом, и нашей ДНК, но небольшое отклонение нашей ДНК дало нам возможность развить язык общения. Вследствие этого мы смогли передавать информацию и накапливать опыт из поколения в поколение в устной, а потом и в письменной форме. До того опыт мог передаваться только медленным процессом кодирования в ДНК через случайные отклонения в воспроизведении потомства. Эффектом оказалось драматическое ускорение эволюции. Чтобы создать человека, понадобилось более трех миллиардов лет. Но в течение последних десяти тысяч лет мы создали письменность. Это позволило нам развиться из обитателей пещер до того состояния, когда мы ставим вопрос об окончательной теории Вселенной.
Последние десять тысяч лет процесс биологической эволюции шел очень медленно, и значительного изменения человеческой ДНК не было. Стало быть, наш ум, наша способность делать правильные заключения из информации, поступающей от органов чувств, должны датироваться периодом нашего обитания в пещерах или еще более ранним. Это свойство отбиралось на основе нашей способности убивать определенных животных для еды и не быть убитыми другими животными. Замечательно, что это свойство ума, отобранное для указанных целей, дало нам преимущество в самых разнообразных обстоятельствах нынешнего времени. Вероятно, ответ на вопрос о детерминизме и построение великой единой теории не дадут нам большого преимущества для выживания. Тем не менее ум, который мы развили по другим причинам, может гарантировать, что мы найдем правильные ответы на эти вопросы.
Теперь я вернусь к третьей проблеме – к вопросу свободной воли и ответственности за свои поступки. Мы субъективно чувствуем, что у нас есть способность выбирать, кем быть и что делать. Но это может быть всего лишь иллюзией. Некоторые считают себя Иисусом Христом или Наполеоном, но все они не могут быть правы. Что нам нужно, так это объективный тест, приложимый со стороны, чтобы определить, имеет ли организм свободную волю. Предположим, нас навестило «маленькое зеленое существо» с другой звезды. Как мы можем определить, имеет оно свободную волю или это просто робот, запрограммированный реагировать так же, как и мы?
Окончательный объективный тест на свободу воли будет примерно таким: можно ли предсказать поведение организма? Если можно, то ясно, что он не имеет свободной воли, а его поведение предопределено. А если предсказать его поведение нельзя, это можно взять за рабочее определение признака, что организм имеет свободную волю.
Такому определению свободной воли можно возразить на том основании, что когда мы найдем полную единую теорию, то сможем предсказать все поступки человека. Однако человеческий мозг тоже подвержен принципу неопределенности. Значит, в человеческом поведении существует элемент случайности, ассоциирующийся с квантовой механикой. Но энергии мозга низки, так что неопределенность из квантовой механики в этом случае оказывается мала. Истинная причина невозможности предсказать человеческое поведение состоит в том, что это слишком трудно. Мы уже знаем основные физические законы, управляющие активностью мозга, и они сравнительно просты. Но уравнения, в которых более чем одна-две частицы, решить слишком сложно. Даже в более простой Ньютоновой теории гравитации можно точно решить уравнения только для случая двух частиц. Для трех и более приходится прибегать к аппроксимациям, и с увеличением числа частиц трудности резко возрастают. Человеческий мозг содержит около 10^26, или сто миллионов миллиардов миллиардов, частиц. Это слишком много, чтобы мы смогли когда-нибудь решить уравнения и предсказать, как мозг поведет себя, учитывая, что в эти уравнения входят и начальное состояние, и данные, поступающие от нервов. В действительности мы не можем даже измерить, каково было начальное состояние, так как, чтобы сделать это, нам пришлось бы расчленить мозг. И даже если бы мы были готовы на это, частиц окажется слишком много, чтобы учесть их. К тому же мозг, вероятно, очень чувствителен к начальному состоянию – небольшое изменение в нем может привести к большому изменению в последующем поведении. Поэтому, хотя нам известны управляющие мозгом фундаментальные уравнения, мы совершенно не способны использовать их для предсказания человеческого поведения.
Такая же ситуация возникает в науке, когда мы имеем дело с макроскопическими системами, потому что число частиц всегда слишком велико, чтобы мы могли иметь хоть какой-то шанс решить фундаментальные уравнения. Что мы делаем вместо этого? Пользуемся рабочими теориями. Они являются приближениями, в которых очень большое число частиц заменяется несколькими величинами. Примером может служить гидродинамика. Жидкость вроде воды состоит из миллиардов миллиардов молекул, которые, в свою очередь, состоят из электронов, протонов и нейтронов. И все же это хорошее приближение – рассматривать жидкость как непрерывную среду, характеризуемую только скоростью, плотностью и температурой. Предсказания гидродинамики не точны – чтобы понять это, нужно хотя бы послушать прогнозы погоды, – но они достаточно хороши, чтобы проектировать корабли и трубопроводы.
Я хочу предположить, что понятие свободной волн и моральной ответственности за свои поступки – это на самом деле рабочие теории, наподобие гидродинамики. Возможно, все наши поступки предопределены некой великой единой теорией. Если эта теория говорит, что мы должны кончить жизнь на виселице, то мы не утонем. Но чтобы пуститься на утлой лодчонке по бурному морю, вы должны быть абсолютно уверены, что вам уготована виселица. Я заметил, что даже люди, утверждающие, что все предопределено и что мы не можем ничего изменить, всегда смотрят по сторонам, переходя дорогу. Возможно, те, кто не смотрит, просто не доживают, чтобы рассказать свою историю.
Нельзя основывать свое поведение на идее, что все предопределено, поскольку никто не знает, что же именно предопределено. Вместо этого нужно принять рабочую теорию, что человек имеет свободую волю и что он в ответе за свои поступки. Эта теория не очень хороша в смысле предсказания человеческого поведения, но мы принимаем ее, так как нет возможности решить уравнения, следующие из фундаментальных законов. А почему еще мы верим в свободную волю, можно объяснить с позиций теории Дарвина: общество, в котором индивидуум чувствует ответственность за свои поступки, с большей вероятностью может работать сплоченно, выжить и распространить свои ценности в мире. Конечно, и муравьи работают сплоченно. Но их общество статично. Оно не может реагировать на незнакомые опасности или воспользоваться открывшимися возможностями. А вот сообщество свободных личностей, разделяющих общие цели, может работать для решения общей задачи и в то же время обладать гибкостью для нововведений. Поэтому такое общество с большей вероятностью будет процветать и распространит свою систему ценностей.
Понятие свободной воли не принадлежит к области фундаментальных научных законов. Если кто-то попытается вывести человеческое поведение из научных законов, то попадется в логический парадокс системы, соотносящейся сама с собой. Если чьи-то действия предсказаны фундаментальными законами, то сам факт предсказания может изменить событие. Это напоминает ловушку, в которую можно попасть, если бы были возможны путешествия во времени, чего, я думаю, никогда не будет. Если вы увидите, что произойдет в будущем, то можете изменить это. Если узнаете, какая лошадь выиграет Большой национальный приз, вы можете поставить на нее, чтобы сделать состояние. Но это действие изменит шансы. Нужно посмотреть лишь назад в будущее, чтобы понять, какие возникнут проблемы.
Парадокс с возможностью предсказывать чужие действия тесно связан с проблемой, упомянутой выше: определила ли единая теория, что мы придем к правильному заключению относительно ее самой? В этом случае я утверждаю, что к верному ответу нас приведет идея Дарвина о естественном отборе. Возможно, «верный ответ» не совсем те слова, но, по крайней мере, естественный отбор приведет нас к ряду довольно хорошо работающих физических законов. Однако применить физические законы, чтобы
вывести человеческое поведение, мы не можем по двум причинам. Во-первых, мы не сможем решить уравнения. Во-вторых, даже если бы смогли, сам факт предсказания внесет в систему возму щение. А естественный отбор, похоже, приведет нас к принятию рабочей теории о свободной воле. Если принять, что личность свободно определяет свои действия, нельзя утверждать, что в некоторых случаях это делают внешние силы. Концепция «почти свободной воли» бессмысленна. Но люди склонны путать возможность догадаться, что личность, скорее всего, предпримет, с понятием о свободе выбора. Я могу догадаться, что большинство из вас сегодня поужинают, но вы совершенно свободны предпочесть иное и лечь спать голодными. Примером такой путаницы является доктрина об ограниченной ответственности: идея, будто человека не следует наказывать за его действия, если они были совершены в состоянии стресса. Возможно, кто-то в состоянии стресса склонен к антиобщественным поступкам. Но это не значит, что мы должны поощрять эту склонность, облегчая наказание.
Можно отдельно исследовать фундаментальные научные законы и изучать человеческое поведение, но при помощи фундаментальных законов вывести формулу поведения человека нельзя по причинам, которые я уже объяснил. Однако можно надеяться, что мы сможем найти применение и уму, и мощи логического мышления, развившимся в нас благодаря естественному отбору. К несчастью, он развил в нас и другие свойства, такие как агрессия. В пещерные времена и еще раньше агрессия давала преимущество для выживания и потому воспитывалась естественным отбором. Однако огромное увеличение разрушительной мощи, данное нам современной наукой и техникой, сделало агрессивность очень опасным качеством, которое угрожает выживанию всего человечества. Беда в том, что агрессивные инстинкты, похоже, закодированы в нашей ДНК. Эволюция изменяет ДНК только за миллионы лет, но наша разрушительная мощь развивается так же быстро, как нынче информационная система, то есть за два-три десятка лет. Если мы не сумеем воспользоваться разумом, чтобы управлять своей агрессивностью, у человечества не много шансов. И все же пока существует жизнь, есть и надежда. Если мы сумеем пережить следующие, ну, скажем, сто лет, то расселимся на другие планеты и, возможно, на другие звезды. Это значительно снизит вероятность нашего уничтожения в результате какой-нибудь катастрофы вроде ядерной войны.
Резюме: я рассмотрел некоторые проблемы, возникающие в результате веры в то, что все во Вселенной предопределено. Нет большой разницы, вызван ли этот детерминизм всемогущим Богом или научными законами. В самом деле, всегда можно сказать, что научные законы – это выражение Божьей воли.
Рассмотрено три вопроса. Первый: как простой набор уравнений может охватить всю сложность Вселенной со множеством мелких деталей, вроде того, чье изображение украсит обложку журнала «Космополитен»? Ответ представляется таким: из принципа неопределенности в квантовой механике следует, что у Вселенной не одна-единственная история, а целое семейство возможных историй. Они могут быть похожи в большом масштабе, но очень отличаться в обычном, повседневном масштабе. Нам случилось жить в одной частной истории, имеющей свои свойства и детали. Но существуют очень похожие разумные существа, живущие в другой истории, где война закончилась по-другому и у Католической Церкви другой глава. Таким образом, незначительные детали в нашей Вселенной возникают потому, что фундаментальные законы включают в себя квантовую механику с ее элементом неопределенности и случайности.
Второй вопрос звучал так: если все предопределено некой фундаментальной теорией, что же мы скажем о теории, также ею предопределенной, и почему она должна определиться верно, а не ложно и несуразно? Чтобы ответить на этот вопрос, я привлек теорию Дарвина о естественном отборе: шанс выжить и дать потомство имели только те личности, кто делал правильные выводы об окружающем мире.
Третий вопрос был такой: если все предопределено, то что же такое свободная воля и наша ответственность за свои поступки? Но единственный объективный тест, определяющий, имеет ли организм свободную волю, заключается в возможности предсказать поведение этого организма. Чтобы предсказать, как поступит человек, нельзя воспользоваться научными законами по двум причинам: во-первых, мы не умеем решать уравнения для очень большого числа участвующих в них частиц; во-вторых, даже если бы умели, сам факт предсказания внес бы в систему возмущение и мог бы привести к другому результату. А поскольку мы не можем предсказать человеческое поведение, то можем в качестве рабочей теории принять, что человек свободен сам принимать решения относительно своих действий. Похоже, вера в свободную волю и ответственность за свои поступки дает определенные преимущества для выживания, из чего следует, что естественный отбор усиливает эти качества. Достаточно ли ответственности, передаваемой словесно, для того, чтобы управлять наследуемой с ДНК агрессивностью, остается под вопросом. Посмотрим. Если окажется, что недостаточно, человечество будет тем тупиком, в который приведет естественный отбор. Возможно, какие-нибудь другие разумные существа где-нибудь в Галактике достигнут лучшего баланса между ответственностью и агрессивностью. Но в таком случае мы могли бы надеяться войти с ними в контакт, хотя бы поймать их радиосигналы. Возможно, они знают о нашем существовании, но не хотят нам открыться. Учитывая нашу историю, это, может быть, и разумно.
Название данного эссе представляло собой вопрос: все ли предопределено? Ответ – да, все предопределено. Но можно считать, что и нет, так как мы не знаем, что же именно предопределено.
Будущее Вселенной18
Тема данного эссе – будущее Вселенной, точнее – каким представляют его ученые. Конечно, предсказывать будущее очень трудно. Мне как-то подумалось, не написать ли кишу под названием «Вчерашнее завтра: история будущего». Это была бы история предсказании будущего, почти все из которых оказались весьма далеки от истины. Но несмотря на эти неудачи, ученые по-прежнему думают, что могут предсказать будущее.
В древние времена предсказания были делом оракулов или сивилл. Часто это были женщины, погруженные в транс каким-либо наркотическим веществом или надышавшиеся вулканических испарений. Их бред толковали окружавшие их жрецы. Действительное искусство крылось в толковании. Знаменитый Дельфийский оракул в Древней Греции был знаменит своей уклончивостью и двусмысленностями. Когда персы напали на Грецию и спартанцы спросили, что будет дальше, оракул ответил: «Или Спарта будет разрушена, или ее царь будет убит». Полагаю, жрец рассчитывал, что если не сбудется ни то, ни другое, спартанцы будут так благодарны Аполлону, что не заметят ошибки оракула. На самом деле царь был убит в бою, защищая проход у Фермопил, что спасло Спарту и привело к окончательному разгрому персов.
В другом случае лидийский царь Крёз, богатейший человек в мире, спросил, что будет, если он вторгнется в Персию. Ответ был таков: «Великое царство погибнет». Крёз подумал, что имеется в виду Персидская держава, но погибло его собственное царство.
Недавние пророки с большей готовностью рисковали головой, указывая точные даты конца света. Им даже удавалось сбить цены на фондовом рынке, хотя не могу взять в толк, почему конец света заставляет людей продавать свои акции. Полагаю, ни деньги, ни акции все равно с собой не возьмешь.
Пока что все эти даты конца света прошли без каких-либо инцидентов. Но пророки часто находили объяснение своим очевидным ошибкам. Например, Уильям Миллер, основатель секты адвентистов седьмого дня, предсказал, что второе пришествие будет между 21 марта 1843 года и 21 марта 1844 года. Когда ничего не произошло, дата была перенесена на 22 октября 1844 года. Когда и она прошла без происшествий, была выдвинута новая интерпретация, согласно которой 1844 год являлся началом второго пришествия – но прежде нужно пересчитать имена в Книге жизни. Только тогда настанет день Страшного суда для тех, кого в Книге не оказалось. К счастью, подсчет занял долгое время.
Конечно, и научные прогнозы могут оказаться не надежнее, чем предсказания оракулов и пророков. Можно вспомнить прогнозы погоды. Но представляется, что в определенных ситуациях мы можем дать надежный прогноз, и будущее Вселенной, в очень большом масштабе, попадает в число таких тем.
За последние триста лет мы открыли научные законы, управляющие существованием материи в нормальных условиях. Но для экстремальных ситуаций мы по-прежнему законов не знаем. Эти законы важны для понимания того, как возникла Вселенная, по они не влияют на ее будущее развитие, если только (или пока) Вселенная опять не сожмется в сверхплотное состояние. По сути, мерилом того, как мало эти законы высоких энергий влияют на нынешнюю Вселенную, является тот факт, что для их проверки мы тратим огромные деньги на строительство гигантских ускорителей частиц.
Даже зная соответствующие законы, управляющие Вселенной, мы не можем использовать их для предсказания далекого будущего. Это объясняется тем, что решения физических уравнений могут проявить свойство, известное как хаотичность, то есть уравнения могут оказаться нестабильными: малейшее изменение в параметрах – и поведение системы вскоре совершенно изменится. Например, если вы чуть-чуть измените усилие, с которым толкнули колесо рулетки, то измените выигрышный номер. Выигрышный номер практически невозможно предугадать – иначе физики сколачивали бы себе состояние в казино.
В нестабильных хаотических системах, как правило, существует временной масштаб, малое изменение которого приводит к вдвое большему изменению начального состояния. В приложении к земной атмосфере этот временной масштаб составляет порядка пяти дней – примерно столько, сколько нужно ветру, чтобы облететь вокруг Земли. На период около пяти дней предсказать погоду можно довольно точно, но чтобы предсказать ее дальше, нужно очень точно знать настоящее состояние атмосферы и произвести невероятно сложные вычисления. Нет способа предсказать погоду на шесть месяцев вперед точнее, чем дать среднее сезонное значение.
Мы также знаем основные законы химии и биологии и в принципе могли бы определить, как работает мозг. Но описывающие мозг уравнения почти наверняка имеют хаотический характер, и малейшее изменение начального состояния ведет к совершенно иному результату. Поэтому на практике мы не можем предсказать человеческое поведение, даже если бы знали уравнения, им управляющие. Наука не может предсказать будущее человечества, даже если это будущее есть. Опасность заключается в том, что наша способность разрушать и губить окружающую среду и друг друга возрастает гораздо быстрее, чем наша мудрость в использовании этой способности.
Что бы ни случилось на Земле, остальная Вселенная не обратит на это внимания. Представляется, что движение планет вокруг Солнца в конечном счете хаотично, хотя и в далекой перспективе. Это означает, что ошибки в предсказании становятся с течением времени больше. Далее какого-то времени движение в деталях предсказать невозможно. Мы можем быть относительно уверены, что Земля очень долго не встретится с Венерой, но не можем гарантировать, что малые возмущения орбит не сложатся так, что через миллиард лет это столкновение случится. Движение Солнца и других звезд вокруг центра Галактики и движение Галактики вокруг центра группы галактик тоже хаотичны. Мы наблюдаем, что другие галактики удаляются от нас, и более отдаленные удаляются быстрее. Это означает, что Вселенная расширяется в близлежащее пространство: расстояние между галактиками со временем возрастает.
Наблюдаемое нами фоновое микроволновое излучение из внешнего пространства свидетельствует, что это расширение равномерно и нехаотично. Вы можете сами наблюдать это излучение, настроив ваш телевизор на свободный канал. Небольшая часть пятнышек, увиденных вами на экране, вызвана микроволнами, пришедшими из-за пределов Солнечной системы. Это тот же вид излучения, что и в микроволновой печи, просто гораздо слабее. Оно может разогреть пищу лишь до 2,7 градуса выше абсолютного нуля и потому не очень подойдет для приготовления пиццы. Считается, что это излучение осталось от ранней – горячей стадии развития Вселенной. Но самое замечательное в нем то, что почти одно и то же количество излучения поступает со всех направлений. Его очень точно измеряет спутник-исследователь космического фона. Карта неба, сделанная по результатам этих наблюдений, показала бы разную температуру излучения. С разных направлений приходит излучение разной температуры, но отклонения очень невелики – примерно в одной части из 100 ООО. Какая-то разница в микроволнах, пришедших с разных направлений, должна быть, так как Вселенная не совершенно равномерна – в ней есть местные аномалии вроде звезд, галактик и скоплений галактик. Но отклонение микроволнового фона мало, насколько это возможно, учитывая наблюдаемые нами местные аномалии. В 99 999 частях из 100 000 микроволновый фон одинаков во всех направлениях.
В древние времена люди верили, что Земля находится в центре Вселенной. И потому они бы не удивились, что фон со всех сторон одинаков. Однако со времен Коперника нас понизили до одной из малых планет, вращающихся вокруг очень заурядной звезды на окраине обыкновенной галактики – одной из ста миллиардов видимых нами. Теперь мы стали настолько скромны, что не можем претендовать на особое положение во Вселенной, и потому должны допустить, что фон одинаков во всех направлениях почти в любой галактике. Это возможно только в том случае, если средняя плотность Вселенной и скорость ее расширения везде одинаковы. Любое отклонение средней плотности или скорости расширения в большой области привело бы к тому, что фон с разных направлений различался бы. Из этого следует, что в очень большом масштабе поведение Вселенной просто и нехаотично, и потому можно делать предсказания на далекое будущее.
Поскольку расширение Вселенной столь равномерно, его можно описать одним числом – расстоянием между двумя галактиками. В настоящее время оно возрастает, но можно предположить, что гравитационное притяжение между разными галактиками замедляет это возрастание. Если плотность Вселенной больше некоторой критической величины, гравитационное притяжение в конце концов остановит расширение и снова заставит Вселенную сжиматься. Произойдет Большое Сжатие. Это будет подобно Большому Взрыву, с которого Вселенная началась. Большое Сжатие окажется так называемой сингулярностью – состоянием с бесконечной плотностью, в котором нарушаются физические законы. Это означает, что даже если бы после Большого Сжатия были какие-то события, предсказать их невозможно. Но без причинной связи между событиями нет никакого осмысленного способа определить, что за чем последует. Наша Вселенная может даже закончиться Большим Сжатием, и тогда любое событие «после» этого будет частью другой, особой Вселенной. Это немного напоминает перевоплощение, реинкарнацию. Какое значение можно придавать утверждению, будто новорожденный ребенок – тот же человек, что и умерший, если ребенок не унаследовал никаких свойств и никаких воспоминаний из своей предыдущей жизни? Точно так же можно сказать, что это другая личность.
Если средняя плотность Вселенной меньше критического значения, она не будет сжиматься, а ее расширение продолжится. Через какое-то время ее плотность станет так мала, что гравитационное притяжение не будет оказывать существенного влияния на скорость расширения, и галактики продолжат разлетаться с постоянной скоростью.
Значит, ключевой вопрос относительно будущего Вселенной заключается в том, какова ее средняя плотность. Если она меньше критического значения, Вселенная будет расширяться вечно, но если больше, то она снова захлопнется, и само время тоже закончится в Большом Сжатии. Однако у меня есть некоторое преимущество перед предсказателями судеб. Даже если Вселенной суждено сжаться, я могу с уверенностью предсказать, что расширение не остановится еще по крайней мере десять миллиардов лет. Не думаю, что кто-то уличит меня в ошибке.
Среднюю плотность Вселенной мы можем попытаться оценить по наблюдениям. Если пересчитаем видимые звезды и сложим их массы, то получим менее одного процента от критической плотности. Даже если мы присовокупим массу газовых облаков, наблюдаемых во Вселенной, это увеличит сумму примерно на один процент от критического значения. Однако мы знаем, что Вселенная содержит так называемую темную материю, которую нельзя увидеть непосредственно. Частично свидетельства о такой темной материи приходят из спиральных галактик. Это огромные скопления звезд и газа, имеющие форму сковороды. Мы наблюдаем, как они вращаются вокруг своего центра, но скорость вращения очень велика, и если бы они содержали только видимые звезды и газ, то разлетелись бы. Там должна быть какая-то невидимая форма материи, чье гравитационное притяжение достаточно велико, чтобы при вращении удержать галактики в целости.
Другие свидетельства о темной материи поступают из скоплений галактик. Мы наблюдаем, что галактики в пространстве распределены не равномерно – они собираются в скопления, насчитывающие от нескольких галактик до миллиона. Предположительно, эти скопления сформировались потому, что галактики притягиваются друг к другу. Однако мы можем измерить скорость, с которой в этих скоплениях движутся отдельные галактики. Оказывается, скорости так высоки, что скопления разлетелись бы, не сдерживай их гравитационное притяжение. Это случится, даже если галактики имеют достаточную массу, чтобы сохранить свою целостность при вращении. Отсюда следует, что в скоплениях галактик должна быть дополнительная, темная, материя, кроме той, что мы видим.
Можно довольно достоверно оценить количество темной материи в тех галактиках и скоплениях, о которых у нас есть определенные свидетельства. Но эта оценка по-прежнему составит около десяти процентов критической плотности, необходимой для того, чтобы заставить Вселенную снова сжаться. Таким образом, если основываться на наблюдениях, можно утверждать, что Вселенная будет расширяться вечно. Еще через пять миллиардов лет у Солнца иссякнет ядерное топливо, Солнце раздуется, образуя так называемый красный гигант, и поглотит Землю и ближайшие планеты. Потом оно установится в состояние белого карлика диаметром в несколько тысяч миль. Так я предсказываю конец света, по он наступит еще не сейчас. Не думаю, что мое предсказание вызовет большую депрессию на фондовом рынке. На горизонте видны более насущные проблемы. Во всяком случае, к тому времени, когда Солнце раздуется, нам нужно освоить искусство межзвездных путешествий, если мы еще не уничтожим себя сами.
Примерно через миллиард лет большинство звезд во Вселенной сгорит. Звезды с массой вроде нашего Солнца станут пли белыми карликами, или нейтронными звездами, которые еще меньше и плотнее. Более массивные звезды станут черными дырами, которые еще меньше и имеют такое сильное гравитационное поле, что даже свет не может его преодолеть. Однако эти остатки будут по-прежнему вращаться вокруг центра Галактики с периодом около ста миллионов лет. Столкновения между остатками вытолкнут некоторые из них прочь из Галактики. Остальные установятся на более близких к центру орбитах и в конце концов соберутся вместе, образовав в центре Галактики гигантскую черную дыру. Чем бы ни была темная материя в галактиках и их скоплениях, она тоже, видимо, упадет в эти большие черные дыры.
Следовательно, можно предположить, что большая часть материи в галактиках и их скоплениях закончит свой путь в черных дырах. Однако не так давно я открыл, что черные дыры не такие уж черные, как их принято изображать. П
ринцип неопределенности в квантовой механике гласит, что нельзя точно предсказать и положение частицы, и ее скорость. Чем более точно определяется положение, тем менее точно – скорость, и наоборот. Если частица находится в черной дыре, ее положение четко определено – в черной дыре. Следовательно, ее скорость точно определить нельзя, и, стало быть, она может оказаться выше скорости света. Это дает ей возможность вырваться из черной дыры. И таким образом частицы и излучение будут потихоньку вытекать из черной дыры. Диаметр гигантской черной дыры в центре Галактики будет составлять миллионы миль. Следовательно, положение частицы в такой дыре будет обладать большой степенью неопределенн