Будущее человечества. Колонизация Марса, путешествия к звездам и обретение бессмертия (Каку)

На первую страницу

1

A. R. Templeton, «Genetics and Recent Human Evolution», International Journal of Organic Evolution 61, no. 7 (2007): 1507–19. См. также Supervolcano: The Catastrophic Event That Changed the Course of Human History; Could Yellowstone Be Next? (New York: MacMillan, 2015).

2

Хотя ученые сходятся во мнении, что извержение вулкана Тоба было катастрофическим событием, не все уверены в том, что оно изменило направление человеческой эволюции. Группа исследователей из Оксфордского университета проанализировала отложения на дне озера Малави в Африке, возраст которых составляет несколько десятков тысяч лет. Пробурив скважину на дне этого озера, исследователи получили образцы древних отложений и по ним восстановили погодные условия древних времен. Анализ данных, относящихся ко времени после извержения вулкана Тоба, не свидетельствовал однозначно о долговременных климатических изменениях, порождая сомнения в теории массового вымирания. Однако эти изменения, возможно, будут подтверждены, если удастся получить данные из других регионов мира, помимо озера Малави. Другая теория состоит в том, что причиной узкого места человеческой эволюции около 75 000 лет были медленно накопившиеся изменения среды, а не внезапный коллапс экосистемы. Для окончательного ответа на этот вопрос необходимы дополнительные исследования.

3

Напомним три закона движения Ньютона:

«Движущийся объект продолжает двигаться, если на него не действует внешняя сила». (Значит, наши космические зонды смогут достигать отдаленных планет с минимальными затратами топлива, поскольку в основном они движутся по инерции, ведь в космосе нет трения.)

«Сила равна произведению массы на ускорение». Этот фундаментальный закон лежит в основе Ньютоновой механики, которая позволяет нам строить небоскребы, мосты и заводы.

«Каждое действие вызывает равное и противоположное противодействие». Именно по этой причине ракеты могут двигаться в открытом космосе.

Эти законы идеально работают при полетах зондов по всей Солнечной системе. Однако они неизбежно нарушаются в некоторых важных случаях: а) при чрезвычайно высоких скоростях, приближающихся к скорости света, б) в чрезвычайно мощных гравитационных полях, например вблизи черной дыры, в) на чрезвычайно малых расстояниях, к примеру внутри атома. Для объяснения этих явлений необходима не Ньютонова механика, а теория относительности Эйнштейна и квантовая теория.

4

Циолковский К. Э. Избранные труды. — М.: Издательство Академии наук СССР, 1962. С. 205.

5

Сhris Impey, Beyond (New York: W. W. Norton, 2015), p. 30.

6

Историки все еще спорят, насколько значительным было взаимовлияние между пионерами ракетного дела Циолковским, Годдардом и фон Брауном. Одни утверждают, что каждый из них работал почти в полной изоляции и заново открывал то, что уже было сделано другими. Другие говорят, что имело место активное взаимодействие, поскольку основные их работы были опубликованы. Известно, что нацисты искали подходы к Годдарду и спрашивали его совета. Поэтому можно смело сказать, что фон Браун, имевший доступ к правительству Германии, был полностью в курсе достижений своих предшественников.

7

Hans Fricke, Der Fisch, der aus der Urzweit kam (Munich: Deutscher Taschenbuch-Verlag, 2010), pp. 23–24.

8

Lance Morrow. «The Moon and the Clones», Time, August 3, 1998. О политических воззрениях фон Брауна см. книгу Майкла Нейфелда (M. J. Neufeld, Wernher von Braun: Dreamer of Space, Engineer of War (New York: Vintage, 2008).). Частично я основываюсь на интервью, взятом мною у Нейфелда в сентябре 2007 г. О выдающем ученом-ракетчике писали много и приходили к разным выводам. Он открыл эру полетов в космос, но начинал свою деятельность, получая финансовую поддержку нацистского режима.

9

См.: R. Hal and D. J. Sayler, The Rocket Men: Vostok and Voskhod, the First Soviet Manned Spaceflights (New York: Springer Verlag, 2001).

10

См.: Gregory Benford and James Benford. Starship Century (New York: Lucky Bat Books, 2014), p. 3.

11

Peter Whoriskey, «For Jeff Bezos, The Post Represents a New Frontier», Washington Post, August 12, 2013.

12

R. A. Kerr, «How Wet the Moon? Just Damp Enough to Be Interesting», Science Magazine 330 (2010): 434.

13

B. Harvey, China’s Space Program: From Conception to Manned Spaceflight (Dordrecht: Springer-Verlag, 2004).

14

J. Weppler, V. Sabathicr, and A. Bander, «Costs of an International Lunar Base» (Washington, D. C.: Center for Strategic and International Studies, 2009); https://www.csis.org/publication/costs-international-lunar-base.chapter.

15

Предполагается, что это платина. Cм.: www.planetaryresources.com.

16

Больше высказываний Илона Маска см. на: www.investopedia.com/university/elon-musk-biography/elon-musk-most-influential-quotes.asp.

21

Там же.

23

Интервью для радиостанции Science Fantastic, июнь 2017.

24

Cм.: R. Reider, Dreaming the Biosphere (Albuquerque: University of New Mexico Press, 2010).

25

Для расчета предела Роша и приливных сил достаточно элементарного применения законов тяготения Ньютона. Поскольку луны — сферические объекты, а не точечные частицы, сила притяжения со стороны газового гиганта, такого как Юпитер, больше на стороне луны, обращенной к Юпитеру, чем на дальней от него стороне. Это заставляет луну Юпитера немного деформироваться. Однако можно рассчитать также силу гравитации, которая удерживает луну в целости за счет собственной силы тяготения. Если луна слишком приблизится у Юпитеру, разрывающие ее гравитационные силы уравновесят гравитационные силы, которые удерживают ее в целости, и луна начинает распадаться. Это дает нам предел Роша. Внутри него лежат все зарегистрированные до сих пор кольца планет. Это указывает (но не доказывает строго) на то, что кольца газовых гигантов возникли благодаря приливным силам.

26

Кометы из пояса Койпера и из облака Оорта, вероятно, имеют разное происхождение.

28

Часто высказываются опасения, что распространение искусственного интеллекта может произвести революцию на рынке труда, оставив миллионы людей без работы. Это вполне может произойти, но существуют и другие тенденции, которые могут компенсировать и даже обратить вспять этот эффект. Взрывной рост роботостроения, которое может сравниться по масштабам с автоиндустрией, будет создавать новые рабочие места, связанные с конструированием, ремонтом и обслуживанием роботов. Во множестве профессий роботы в ближайшие десятилетия не смогут заменить людей. Например, этого не случится в полуквалифицированных профессиях, где действия людей не повторяются (швейцары, полицейские, строители, сантехники, садовники, подрядчики и т. п.). Этих работников невозможно будет заменить роботами. Роботы, к примеру, слишком примитивны, чтобы собирать мусор. Роботами трудно будет заменить человека там, где работа требует: а) здравого смысла, б) распознавания образов, в) взаимодействия с людьми. К примеру, помощников юриста можно будет заменить, но адвокаты по-прежнему будут выступать в суде, аргументируя свою позицию перед судьей и присяжными. В первую очередь без дела могут остаться посредники — им, чтобы удержаться на плаву, придется доказывать свою ценность (вкладывать интеллектуальный капитал). Они должны будут предложить рынку, помимо прочего, аналитические способности, опыт, интуицию и инновационность, которых не хватает роботам.

29

Samuel Butler, Darwin Among the Machines; www.historyofinformation.com/expanded.php?id=3849.

30

Больше высказываний Клода Шеннона см.: www.quotes-inspirationa.com/quote/visualize-time-robots-dogs-humans-121.

31

Raffi Khatchadourian, «The Doomsday Invention», New Yorker, November 23, 2015; www.newyorker.com/magazine/2015/11/23/doomsday-invention-artificial-intelligence-nick-bostrom.

32

Плюсы и минусы, которые несет искусственный интеллект, следует оценивать в перспективе. Любое открытие может быть употреблено на благо или во зло людям. Когда были изобретены лук и стрелы, они, главным образом, использовались для охоты на мелкую добычу вроде белок и кроликов. Постепенно их усовершенствовали до оружия, которое могло быть обращено против человека. Первые аэропланы были машинами для развлечения и доставки почты, но со временем стали употребляться для бомбардировок. Так и ИИ на протяжении многих десятилетий будет полезным изобретением, создающим новые рабочие места и отрасли промышленности, способствующие процветанию. Но, став «слишком умными», машины могут представлять угрозу. Когда они станут опасны? Я считаю, с того момента, когда начнут себя осознавать. Сейчас роботы не знают, что они роботы, но в будущем ситуация может резко измениться. Однако, по моему мнению, вряд ли это произойдет до конца нынешнего столетия, так что у нас еще есть время на подготовку.

33

Следует критически воспринимать один из аспектов сингулярности, согласно которому каждое следующее поколение роботов будет умнее предыдущего, поэтому сверхразумных роботов удастся создать очень быстро. Так ли это? Можно производить компьютеры, снабжая их памятью все большего объема, но значит ли это, что они будут «умнее»? Пока никто не смог произвести хотя бы один компьютер, способный самостоятельно создать компьютер следующего поколения с более высоким интеллектом. Да и вообще — строгого определения слова «умный» не существует. Это не значит, что описанная ситуация с роботом, создающим более совершенного робота, принципиально невозможна, это означает только, что процесс плохо определен. Мы пока не знаем, как все это будет происходить.

34

По-моему, ключ к человеческому разуму — наша способность моделировать будущее. Человек постоянно что-то планирует, замышляет, взвешивает, мечтает и рассуждает о будущем. Мы ничего не можем с этим поделать. Мы — машины для предсказаний. Но один из ключевых моментов моделирования будущего — понимание законов здравого смысла, которых насчитываются миллиарды. Эти законы, в свою очередь, опираются на представления об основах биологии, химии и физики окружающего нас мира. Чем точнее наши представления об этих законах, тем точнее получится модель будущего. Проблема научения здравому смыслу — одно из главных препятствий на пути создания искусственного интеллекта. Все попытки запрограммировать законы здравого смысла потерпели неудачу. Даже у маленького ребенка здравого смысла больше, чем у самого продвинутого современного компьютера. Пока можно не сомневаться, что любая попытка робота перехватить у человека власть над миром потерпит неудачу просто потому, что этот робот не понимает простейших вещей. Чтобы выполнить хоть какой-то план, ему нужно овладеть простейшими законами здравого смысла. К примеру, если дать роботу задание ограбить банк, он непременно потерпит неудачу, потому что не способен реалистично смоделировать все возможные сценарии будущих событий.

35

R. L. Forward, «Roundtrip Interstellar Travel Using Laser- Pushed Lightsails», Journal of Spacecraft 21, no. 2 (1984): 187–95.

36

G. Vulpetti, L. Johnson, and L. Matlofff, Solar Sails: A Novel Approach to Interplanetary Flight (New York: Springer, 2008).

37

G. Dyson, Project Orion: The True Story of the Atomic Spaceship (New York: Henry Holt, 2002).

38

S. Lee and S. H. Saw, «Nuclear Fusion Energy— Mankind’s Giant Step Forward», Journal of Fusion Energy 29, 2, 2010.

39

Фундаментальная причина того, что магнитный термоядерный синтез до сих пор не реализован на Земле, — это проблема стабильности. В природе гигантский газовый шар может быть сжат до состояния, когда происходит вспышка звезды, потому что гравитация сжимает газ равномерно. Однако из-за наличия двух полюсов равномерно сжать газ при помощи магнитных сил невозможно. Пока вы сжимаете его в одном месте, он расширяется в другом (представьте, что вы сдавливаете воздушный шарик). Одна из идей состоит в том, чтобы создать магнитное поле в форме бублика и сжимать газ внутри него. Но физикам пока не удалось сжать горячий газ более чем на десятую долю секунды, а этого слишком мало для получения самоподдерживающейся реакции.

40

Хотя ракеты на антивеществе превращают вещество в энергию с эффективностью 100 %, скрытые потери все же происходят и в этом случае. Часть энергии столкновения вещества и антивещества уносят нейтрино, которых невозможно собрать и превратить в полезную энергию. Наши тела постоянно облучаются солнечными нейтрино, но мы этого не ощущаем. Даже когда Солнце находится за горизонтом, его нейтрино свободно проходят сквозь Землю — и пронизывают наши тела. Мало того, если бы можно было пустить пучок нейтрино сквозь бесконечно толстый слой свинца, он, прежде чем наконец остановиться, проник бы вглубь слоя на расстояние, равное одному световому году. Нейтринная энергия, высвобожденная в ходе столкновения вещества и антивещества, рассеивается и не может быть использована для выработки энергии.

41

R. W. Bussard, «Galactic Matter and Interstellar Flight», Astronautics Acta 6 (1960): 179–94.

42

D. B. Smitherman Jr., «Space Elevators: An Advanced Earth-Space Infrastructure for the New Millennium», NASA pub. CP 2000–210429.

43

NASA Science, «Audacious and Outrageous: Space Elevators»; https://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2000/ast07sep_1.

44

Специальная теория относительности Эйнштейна основывается на простой фразе: «Скорость света постоянна в любой инерциальной системе отсчета [то есть в любой системе отсчета, движущейся равномерно и прямолинейно]». Это противоречит законам Ньютона, в которых ничего не сказано о скорости света. Чтобы этот закон выполнялся, наши представления о законах движения необходимо сильно изменить. Исходя из этого заявления, можно показать, что:

— Чем быстрее вы движетесь в ракете, тем медленнее идет в ракете время.

— Пространство в ракете сжимается тем сильнее, чем быстрее она движется.

— Чем быстрее вы движетесь, тем становитесь тяжелее.

Это означает, что на скорости света время должно остановиться, а вы должны стать бесконечно плоским и бесконечно тяжелым, что невозможно. Следовательно, световой барьер преодолеть невозможно. (Правда, в ходе Большого взрыва Вселенная расширялась так быстро, что скорость расширения превосходила скорость света, но в этом случае расширялось пустое пространство, а материальные объекты двигаться быстрее света не могут.)

Единственный известный нам способ двигаться быстрее света состоит в том, чтобы задействовать общую теорию Эйнштейна, в которой пространство-время становится тканью и может растягиваться, искривляться и даже рваться. Первый способ — проникать через «многосвязные пространства» (кротовые норы), в которых две вселенные соединяются, как сиамские близнецы. Если расположить два листа бумаги параллельно и проделать в них отверстие, оно соединит их — получится кротовая нора. Также можно каким-то образом сжать пространство перед собой, чтобы проскочить его и двигаться быстрее света.

45

Стивен Хокинг доказал важную теорему, которая гласит, что отрицательная энергия необходима для любого решения уравнений Эйнштейна, допускающего путешествия во времени или полеты сквозь кротовые норы.

Ньютонова механика не допускает существования отрицательной энергии. В квантовой теории отрицательная энергия разрешена через эффект Казимира. При измерении в лаборатории она оказалась чрезвычайно малой: если взять две большие параллельные металлические тарелки, то энергия Казимира будет обратно пропорциональна третьей степени расстояния между ними. Иными словами, при сближении тарелок отрицательная энергия быстро растет.

Проблема в том, что эти тарелки нужно сблизить до субатомного расстояния, что невозможно при современном уровне технологий. Приходится считать, что высокоразвитая цивилизация каким-то образом овладела способностью использовать большие количества отрицательной энергии, чтобы сделать возможными машины времени и полеты сквозь кротовые норы.

46

См.: M. Alcubierre, «The Warp Drive: Hyperfast Travel Within General Relativity», Classical and Quantum Gravity 11, no. 5 (1994): L73–L77. Когда я брал интервью у Алькубьерре для канала «Дискавери», он был уверен, что его решение уравнений Эйнштейна представляет собой существенный вклад в науку. Однако выражал опасения, что тот, кто захотел бы построить настоящий варп-двигатель, столкнулся бы с громадными трудностями. Во-первых, пространство-время внутри варп-пузыря причинно отделено от внешнего мира. Это означает, что движением пузыря невозможно управлять ни изнутри, ни снаружи. Во-вторых, и это самое главное, его создание требует огромного количества отрицательного вещества (которого пока нигде не нашли) и отрицательной энергии (которая существует лишь в крохотных количествах). Алькубьерре был убежден, что нам придется преодолеть немало серьезнейших препятствий, прежде чем удастся построить рабочий образец варп-двигателя.

47

William Boulting, Giordano Bruno: His Life, Thought, and Martyrdom (Victoria, Australia: Leopold Classic Library, 2014).

48

Там же.

49

Больше информации о космическом телескопе «Кеплер», см. на сайте НАСА: http://www.kepler.arc.nasa.gov.

Хотя «Кеплер» был сфокусирован на крохотном участке Млечного Пути, он обнаружил свидетельства существования порядка 4000 планет, обращающихся вокруг других звезд. Экстраполировав эти данные, мы можем получить приблизительную оценку числа планет в пределах нашей Галактики. Впоследствии подобные аппараты будут рассматривать другие области Галактики в надежде обнаружить другие типы экзопланет и новые землеподобные планеты.

50

Интервью с профессором Сарой Сигер в эфире радиостанции Science Fantastic, июнь 2017.

51

Christopher Crockett, «Year In Review: A Planet Lurks Around the Star Next Door», Science News, December 14, 2016.

52

Интервью с профессором Сарой Сигер в эфире радиостанции Science Fantastic, июнь 2017.

54

A. Crow, J. Hunt, and A. Hein, «Embryo Space Colonization to Overcome the Interstellar Time Distance Bottleneck», Journal of the British Interplanetary Society 65 (2012): 283–85.

55

Linda Marsa, «What It Takes to Reach 100», Discover Magazine, October 2016.

56

Иногда говорят, что бессмертие нарушает второй закон термодинамики, который гласит, что все в мире, включая живые организмы, со временем разлагается, гниет и умирает. Однако в этом законе есть лазейка, согласно которой (в замкнутой системе) энтропия (беспорядок) обязательно возрастает. Ключевое слово здесь — замкнутой. Если система открыта (то есть энергия в нее может поступать извне), процесс возрастания энтропии можно обратить вспять. Так работает, к примеру, холодильник. Его мотор прогоняет газ через трубку, газ расширяется и охлаждает холодильник. Применительно к живым существам это означает, что возрастание энтропии можно обратить вспять, если энергия (солнечный свет) поступает извне.

Cамо наше существование возможно только потому, что солнечный свет снабжает растения энергией, а мы съедаем эти растения и используем эту энергию для возмещения ущерба, нанесенного энтропией. Следовательно, мы умеем локально уменьшать энтропию. Таким образом, говоря о бессмертии человека, можно обойти второй закон термодинамики, добавляя локально новую энергию извне (к примеру, в форме изменения рациона питания, физических упражнений, генной терапии, приема новых ферментов и т. п.).

57

Приводится в книге Митио Каку «Физика будущего».

58

Пессимистические прогнозы о скором перенаселении нашей планеты, которые звучали в 1960-х гг., не сбылись. Скорость роста населения Земли снижается. Но абсолютная численность населения продолжает расти, особенно в Африке южнее Сахары, так что трудно сколько-нибудь достоверно оценить население Земли, скажем, к 2050 или 2100 г. Некоторые демографы утверждают, что, если наблюдаемые тенденции сохранятся, население Земли выровняется и стабилизируется, избежав популяционной катастрофы. Однако это все пока только предположения.

60

Andrew Pollack, «A Powerful New Way to Edit DNA», New York Times, March 3, 2014; www.nytimes.com/2014/03/04/health/a-powerful-new-way-to-edit-DNA.html.

61

Приводится в книге Митио Каку «Физика будущего».

62

Приводится в книге Митио Каку «Физика будущего».

63

F. Fukuyama, «The World’s Most Dangerous Ideas: Transhumanism», Foreign Policy 144 (2004): 42–43.

64

Артур Кларк однажды сказал: «Существует две возможности: либо мы одиноки во Вселенной, либо нет. Обе перспективы пугающие».

65

Rebecca Boyle, «Why These Scientists Fear Contact with Space Aliens», NBC News, February 8, 2017; www.nbcnews.co/storyline/the-big-questions/why-these-scientists-fear-contact-space-aliens-n717271.

66

Консенсуса относительно перспектив проекта SETI нет. Одни ученые уверены, что наша Галактика буквально кишмя кишит разумной жизнью. Другие считают, что мы, вполне возможно, одиноки во Вселенной, анализировать нам, кроме собственной планеты, нечего, и даже направления анализа определить практически невозможно, поскольку опереться, кроме уравнения Дрейка, не на что.

Ср., например, точку зрения Н. Бострома: N. Bostrom, «Where Are They: Why I Hope the Search for Extraterrestrial Intelligence Finds Nothing», MIT Technology Review Magazine, May/June 1998, 72–77.

67

E. Jones, «Where Is Everybody? An Account of Fermi’s Question», Los Alamos Technical Report LA 10311-MS, 1985. См. также: S. Webb, If the Universe Is Teeming with Aliens… Where Is Everybody? (New York: Copernicus Books, 2002).

68

Олаф Стэплдон. «Создатель звезд».

69

Существует множество других возможностей, которые нельзя просто отбросить. Одна из них состоит в том, что мы, возможно, действительно одиноки во Вселенной. Это аргументируется тем, что обнаруживается все больше параметров, определяющих пригодность планеты для жизни, а значит, становится все труднее найти планеты, удовлетворяющие всем этим критериям. К примеру, есть зона жизни для галактики Млечный Путь. Если планета располагается слишком близко к центру Галактики, она подвергается слишком сильному облучению и, соответственно, непригодна для жизни. Если она слишком далеко от центра, тогда на ней недостаточно тяжелых элементов для образования молекул, необходимых для жизни. Зоны жизни определяются по такому количеству параметров (многие из которых нам пока попросту неизвестны), что во всей Вселенной, возможно, нашлась всего одна планета, где появилась разумная жизнь. Каждое новое условие значительно снижает вероятность возникновения жизни. А поскольку таких условий много, общая вероятность разумной жизни близка к нулю.

Кроме того, иногда говорят, что внеземная жизнь может быть основана на совершенно других законах химии и физики, выходящих за пределы всего, что мы можем смоделировать в лаборатории. Следовательно, наше представление о природе слишком узко и упрощенно, чтобы описать жизнь вне Земли. Возможно, это правда. К тому же при исследовании Вселенной нас наверняка ждут неожиданные сюрпризы. Вместе с тем простое заявление о том, что иная химия и физика могут существовать, никак не продвигает наши дебаты. Наука опирается на теории, которые должны быть проверяемыми, воспроизводимыми и опровержимыми, поэтому простое постулирование существования неизвестных законов химии и физики ничем нам не поможет.

70

David Freeman, «Are Space Aliens Behind the ‘Most Mysterious Star in the Universe’?» Huffington Post, August 25, 2016; www.huffingtonpost.com/entry/are-space-aliens-behind-the-most-mysterious-star-in-the-universe_us_57bb5537e4b00d9c3a1942f1. См. также: Sarah Kaplan, «The Weirdest Star in the Sky Is Acting Up Again», Washington Post, May 24, 2017; www.washingtonpost.com/news/speaking-of-science/wp/2017/05/24/the-weirdest-star-in-the-sky-is-acting-up-again/?utm_term=.5301cac2152a.

71

Ross Anderson, «The Most Mysterious Star in Our Galaxy», The Atlantic, October 13, 2015; www.theatlantic.com/science/archive/2015/10/the-most-interesting-star-in-our-galaxy/41023.

72

Кардашёв Н. Передача информации внеземными цивилизациями // Астрономический журнал. 1964.№ 8. С. 217.

73

Chris Impey, Beyond: Our Future in Space (New York: W. W. Norton, 2016), pp. 255–56.

74

David Grinspoon, Lonely Planets (New York: HarperCollins, 2003), p. 333.

75

Иногда можно услышать, что строительство гигантских ускорителей, таких как Большой адронный коллайдер (БАК) и те ускорители, что последуют за ним, приведет в итоге к появлению черной дыры, способной уничтожить нашу планету. Это невозможно по нескольким причинам.

Во-первых, на БАКе невозможно получить энергию, достаточную для создания черной дыры (на это требуется энергия, сравнимая с энергией гигантской звезды). Энергия на БАКе — это энергия субатомных частиц, она слишком мала, чтобы проделать дыру в пространстве-времени. Во-вторых, природа непрерывно бомбардирует Землю гораздо более мощными субатомными частицами, чем те, что создает БАК, а Земля до сих пор никуда не делась. Так что даже субатомные частицы с энергиями, превышающими энергии БАК, безопасны. Наконец, теория струн предсказывает существование микроскопических черных дыр, которые нам, возможно, когда-нибудь удастся обнаружить при помощи ускорителей, но эти миниатюрные дыры всего лишь субатомные частицы, а не звезды и потому не представляют никакой опасности.

76

Если мы наивно попытаемся просто соединить квантовую теорию с общей теорией относительности, то обнаружим математические нестыковки, которые почти целое столетие ставили физиков в тупик. К примеру, попытавшись просчитать рассеяние двух гравитонов (частиц гравитации), мы получим в ответе бесконечность, что не имеет смысла. Фундаментальная проблема физиков-теоретиков состоит в том, чтобы объединить гравитацию с квантовой теорией так, чтобы ответы получались конечными.

Пока единственным известным способом устранить эти бесконечности является теория струн. Она имеет мощный набор симметрий, в которых бесконечности компенсируют одна другую, поскольку в теории струн у каждой элементарной частицы имеется партнер, называемый счастицей. Бесконечности, исходящие из обычных частиц, в точности компенсируются бесконечностями, исходящими от счастиц, и вся теория становится конечной. Теория струн — единственная в физике теория, которая сама выбирает для себя размерность. Дело в том, что эта теория симметрична по суперсимметрии. Вообще, все частицы во Вселенной делятся на два типа: бозоны (с целым спином) и фермионы (с полуцелым спином). С увеличением числа измерений пространства-времени число фермионов и бозонов также возрастает. В целом число фермионов возрастает быстрее, чем число бозонов, однако на 10 измерениях для струн и на 11 для мембран, таких как сферы и пузыри, две кривые пересекаются. Поэтому непротиворечивая теория струн возможна только при 10 и 11 измерениях.

Установив число измерений пространства-времени равным 10, мы получим непротиворечивую теорию струн. Однако существует пять различных типов теории струн для 10 измерений. Физику, занятому поиском окончательной теории пространства-времени, трудно поверить, что непротиворечивых теорий струн должно быть целых пять. Ведь нам нужна только одна теория. (Один из вопросов, заданных Эйнштейном, звучал так: «Был ли у Бога выбор, когда он творил Вселенную? Уникальна ли она?»)

Эдвард Виттен показал, что эти пять теорий струн можно объединить в единую уникальную теорию, если добавить одиннадцатое измерение. Эта теория (так называемая М-теория) включает в себя не только струны, но и мембраны. Если начать с мембраны в 11 измерениях, а затем убрать одно из них (сплющить или срезать), то выяснится, что существует пять способов превратить мембрану в струну, что и дает нам те самые пять вариантов теории струн. (К примеру, сплющив надувной мяч, мы превратим 11-мерную мембрану в 10-мерную струну.) К сожалению, мы не знаем, на какой фундаментальной теории основывается М-теория. Известно лишь, что, если снизить число измерений с 11 до 10, М-теория сводится к каждой из пяти различных струнных теорий и что на нижней энергетической границе М-теория сводится к 11-мерной теории супергравитации.

77

Путешествия во времени ставят перед нами еще одну теоретическую проблему. Если фотон — частица света — входит в кротовую нору и возвращается на несколько лет назад, то по прошествии этих нескольких лет он сможет попасть в настоящее и вновь, еще раз войти в кротовую нору. Более того, он сможет войти в нее бесконечное число раз, в результате чего машина времени просто взорвется. В этом состоит одно из возражений, которые Стивен Хокинг выдвинул против возможности создания машины времени. Однако есть способ обойти эту проблему. В многомировой интерпретации квантовой механики Вселенная непрерывно расщепляется надвое, образуя параллельные вселенные. Но если время непрерывно расщепляется, тогда фотон сможет войти в кротовую нору и вернуться назад во времени лишь однажды. Входя туда повторно, он попадает в другую, параллельную вселенную, поэтому в каждой вселенной он проходит сквозь кротовую нору только один раз. Таким способом решается проблема с бесконечностями. Если принять идею, что Вселенная постоянно расщепляется на параллельные реальности, все парадоксы путешествий во времени благополучно разрешатся. Если вы убьете собственного дедушку до своего рождения, то вы убьете в параллельной реальности какого-то дедушку, похожего на вашего. Ваш дедушка в вашей вселенной останется невредимым.

78

Даже черные дыры в конце концов должны умереть. Согласно принципу неопределенности, все в мире неопределенно. Считается, что черная дыра поглощает 100 % попадающего в нее вещества, но это нарушает принцип неопределенности. Следовательно, существует некое слабое излучение, исходящее из черной дыры. Оно известно как излучение Хокинга. Хокинг доказал, что это излучение черного тела (сходное с излучением расплавленного металла), поэтому с ним связана температура. Можно вычислить, что за многие эпохи черная дыра (на самом деле она серая) излучит столько, что потеряет стабильность. Тогда черная дыра взорвется и исчезнет. Cо временем умирают даже черные дыры.

Если считать, что в каком-то отдаленном будущем нас ждет Большое замерзание, то нам придется столкнуться с тем, что атомарное вещество, каким мы его знаем, через триллионы и триллионы лет, возможно, распадется. В настоящее время, согласно Стандартной модели элементарных частиц, протон, по идее, должен быть стабилен. Но если мы обобщим модель и попытаемся объединить различные атомные взаимодействия, то выяснится, что протон может со временем распасться на позитрон и нейтрино. Если это так, то вещество (каким мы его знаем) в конечном итоге нестабильно и когда-нибудь рассыплется, превратившись в туман позитронов, нейтрино, электронов и т. п. В этих суровых условиях жизнь, вероятно, существовать не сможет. Согласно второму закону термодинамики, полезную работу можно совершать только при разности температур. Однако при Большом замерзании температура упадет почти до абсолютного нуля и разности температур, из которой можно извлечь полезную работу, больше не будет. Иными словами, все на свете заканчивается, даже все возможные формы жизни.

79

Темная энергия — одна из величайших загадок физики. В уравнениях Эйнштейна есть два члена, ковариантных в общем случае. Первый из них — свернутый тензор кривизны, отмеряющий искажения пространства-времени, вызванные звездами, пылью, планетами и т. п. Второй — объем пространства-времени. Даже вакуум имеет связанную с ним энергию. Чем больше расширяется Вселенная, тем больше в ней вакуума и, следовательно, темной энергии, вызывающей еще большее расширение. Иными словами, скорость расширения вакуума пропорциональна количеству существующего вакуума. Это, по определению, порождает экспоненциальное расширение Вселенной, называемое расширением де Ситтера (в честь физика, который первым распознал его).

Именно расширение де Ситтера, возможно, породило первоначальную инфляцию, давшую толчок Большому взрыву. Оно же заставляет Вселенную вновь экспоненциально расширяться. К сожалению, физики не в состоянии хотя бы предположительно объяснить все это на основании фундаментальных принципов. Ближе всего к объяснению темной энергии подходит теория струн, но она не может предсказать точное количество темной энергии во Вселенной. Теория струн гласит, что в зависимости от того, как искривить десятимерное пространство, можно получить разные значения для темной энергии, но не предсказывает в точности, сколько ее существует.

80

Допустив, что кротовые норы возможны, мы должны разобраться еще с одной проблемой. Можем ли мы быть уверены, что вещество по ту сторону кротовой норы стабильно? Так, наша Вселенная возможна потому, что стабилен протон — или по крайней мере стабилен настолько, что Вселенная за 13,8 млрд лет своего существования не схлопнулась и не перешла на низкий энергетический уровень. Возможно, другие вселенные в мультивселенной имеют базовое состояние, в котором, к примеру, протон может распасться на более легкие частицы, такие как позитрон. В таком случае все знакомые нам химические элементы периодической таблицы распадутся, и Вселенная будет содержать лишь туман из электронов и нейтрино, непригодный для стабильного атомарного вещества. Так что, прежде чем проникать в параллельную вселенную, следует убедиться, что вещество в ней похоже на наше и является стабильным.

81

A. Guth, «Eternal Inflation and Its Implications», Journal of Physics A 40, no. 25 (2007): 6811.

82

Инфляционная модель объясняет несколько загадочных аспектов Большого взрыва. Во-первых, в ней наша Вселенная представляется чрезвычайно плоской, гораздо более плоской, чем предусматривает стандартная теория Большого взрыва. Это можно объяснить, если постулировать, что когда-то Вселенная расширялась намного быстрее, чем считалось ранее. В ходе этого процесса крохотная часть первоначальной Вселенной чрезвычайно раздулась и потом сплющилась.

Во-вторых, инфляционная теория объясняет, почему Вселенная гораздо более однородна, чем следовало бы. Поскольку скорость света — это абсолютный предел скорости, изначальной Вселенной не хватило бы времени на то, чтобы как следует перемешаться. Ее однородность можно объяснить, только если предположить, что крохотный участочек материи в момент первоначального Большого взрыва был однородным и именно он образовал в результате инфляции однородную Вселенную.

Инфляционная модель Вселенной пока согласуется со всеми данными, которые дает нам изучение фонового микроволнового излучения. Это не означает, что теория верна, это означает лишь, что пока она хорошо согласуется со всеми космологическими данными. Верна ли она, покажет время. У инфляции есть одна вопиющая проблема — никто не знает, что ее вызвало. Эта теория прекрасно работает с момента начала инфляции, но абсолютно ничего не говорит о том, что заставило первоначальную Вселенную инфляционно расшириться.