Что было до Большого взрыва: (относительно) простое объяснение Стивена Хокинга

В издательстве «Эксмо» вышла книга «Краткие ответы на большие вопросы» — последняя книга физика-теоретика Стивена Хокинга. В ней ученый размышляет о Боге, Большом взрыве, возникновении разумной жизни, путешествиях во времени и других вопросах. «Афиша Daily» публикует отрывок о Боге и рождении Вселенной.

Наука все чаще отвечает на вопросы, которые раньше были прерогативой религии. Религия, собственно, была первой попыткой ответить на вопросы, которые интересуют всех нас: почему мы здесь, откуда мы взялись? В давние времена ответ был почти всегда одинаковым: все создали боги. Мир был пугающим, и даже такие суровые люди, как викинги, верили в сверхъестественных существ, чтобы придать смысл непонятным природным явлениям: молниям, бурям или затмениям. В наши дни наука предлагает более ясные и убедительные ответы, но многие по старинке держатся за религию, потому что им так комфортнее и потому что они не доверяют науке или не понимают ее. <…> Если вы, как и я, согласны с существованием законов природы, то мы подходим к вопросу.

А какая роль в них отводится Богу?

В этом и состоит существенная часть противостояния науки и религии. <…> Можно определить Бога как воплощение законов природы. Однако большинство людей полагают иначе. Они представляют Бога человекоподобным существом, с которым можно вступить в непосредственные отношения. Если представить себе бескрайние размеры Вселенной и подумать, насколько незначительной и случайной является в ней человеческая жизнь, это выглядит крайне маловероятно.

Как и Эйнштейн, я использую слово «бог» в обезличенном смысле, связывая его с законами природы, поэтому постижение замысла Божьего — это постижение законов природы. Допускаю, что уже к концу этого столетия мы постигнем замысел Бога.

Остается одна область, на которую сейчас может претендовать религия, — происхождение Вселенной. Но даже здесь наука уже достигла прогресса и вскоре сможет предложить убедительный ответ на вопрос о том, как все начиналось. Я опубликовал книгу, в которой ставится под сомнение божественное создание Вселенной, и она вызвала определенные волнения. Люди были недовольны тем, что ученый высказывается на религиозные темы. У меня нет ни малейшего желания указывать кому-то, во что верить, но, на мой взгляд, вопрос о существовании Бога — вполне правомерный для науки. В конце концов, трудно представить более важную или более фундаментальную тайну, чем что или кто создал Вселенную и управляет ею.

Я полагаю, Вселенная возникла спонтанно, из ничего — согласно научным законам.

Базовая предпосылка науки — научный детерминизм. Научные законы определяют эволюцию Вселенной в каждый конкретный момент ее развития. Эти законы могут быть, а могут и не быть установлены Богом, но Он не может вмешаться и нарушить эти законы, иначе они не были бы законами. Это оставляет Богу свободу выбрать первоначальный момент Вселенной, но даже и в этом, судя по всему, должны быть законы. Так что у Бога, по сути, нет никакой свободы.

Несмотря на сложность и разнообразие Вселенной, оказывается, что для ее создания требуются всего три ингредиента. Представим, что мы можем перечислить их в своего рода космической кулинарной книге.

Так какие три ингредиента нам нужны, чтобы приготовить Вселенную?

Первый — материя, вещество, имеющее массу

Оно окружает нас всюду — вещество и в земле под ногами, и в небесах над головой. Пыль, камни, лед, жидкости. Огромные газовые облака, массивные спиральные галактики с миллиардами звезд, растянувшиеся на невообразимые расстояния.

Второе, что нам требуется, — энергия

Даже если вы никогда об этом не думали, вам известно, что такое энергия. Это то, с чем мы сталкиваемся ежедневно. Посмотрите на Солнце, и вы почувствуете на лице энергию, которую производит звезда, расположенная в 150 миллионах километрах от нас. Энергия пронизывает Вселенную, приводя в действие процессы, которые поддерживают ее динамичное, бесконечно изменяющееся состояние.

Третий ингредиент, необходимый нам для создания Вселенной, — пространство

Многопространства. Можно называть Вселенную как угодно — грандиозной, прекрасной, страшной, но ее никак нельзя назвать тесной. Куда ни бросишь взгляд — увидишь пространство, пространство и еще больше пространства. Оно простирается во все стороны. Этого достаточно, чтобы голова закружилась.

А откуда взялась вся эта материя, энергия и пространство?

Мы не имели об этом никакого понятия до ХХ века. Ответ пришел благодаря прозрению одного человека, возможно, самого выдающегося ученого всех времен. Его звали Альберт Эйнштейн. К сожалению, мне не удалось с ним встретиться, поскольку мне было всего тринадцать лет, когда он скончался. Эйнштейн понял нечто удивительное: два ингредиента, необходимые для создания Вселенной, — масса и энергия — по сути, одно и то же, две стороны одной монеты, если угодно. Его знаменитое уравнение E = mc² попросту означает, что массу можно рассматривать как своего рода энергию и наоборот. Так что теперь можно сказать, что для создания Вселенной вместо трех ингредиентов достаточно двух — энергии и пространства.

А откуда взялись энергия и пространство?

Ответ был получен после нескольких лет напряженной работы ученых: пространство и энергия спонтанно возникли в момент, который сейчас называется Большим взрывом. В момент Большого взрыва начала существовать вся Вселенная, а вместе с ней и пространство. Все расширялось, как надуваемый воздушный шарик.

Но все-таки откуда взялись энергия и пространство? Каким образом все произошло? Неужели Вселенная, полная энергии, головокружительные пространства космоса и все, что в нем есть, просто возникли из ничего?

Некоторые считают, что в этот момент в игру вступает Бог. Что именно Бог создал энергию и пространство. Большой взрыв — это момент Творения. Но наука утверждает иное. <…>

Я рос в Англии. Годы после Второй мировой войны были временем самоограничений. Нам говорили, что за все надо платить. Но спустя много лет научной деятельности я могу сказать, что на самом деле можно бесплатно получить целую Вселенную.

Главной тайной Большого взрыва остается вопрос: каким образом вся фантастически огромная Вселенная пространства и энергии могла материализоваться из ничего?

Секрет кроется в одном очень странном космическом явлении. Законы физики требуют существования того, что называется «отрицательной энергией».

Чтобы помочь вам вникнуть в эту странную, но важную идею, позвольте провести простую аналогию

Представьте человека, который хочет сделать холм на ровном месте. Холм — это Вселенная.

Для реализации своего замысла нашему человеку нужно выкопать яму в земле и использовать почву для насыпки холма. То есть он создает не только холм — он создает еще и яму, по сути — отрицательную версию холма.

Вещество, которое было в яме, теперь находится в холме, так что все идеально уравновешено. Точно такой же принцип лежит в основе создания Вселенной.

Когда Большой взрыв произвел огромное количество положительной энергии, он одновременно произвел такое же количество отрицательной энергии. Таким образом, отрицательная и положительная энергия в сумме дают ноль — как обычно. Очередной закон природы.

А где сейчас вся эта отрицательная энергия?

В третьем ингредиенте нашего космического кулинарного рецепта — в пространстве. Может показаться странным, но, согласно законам природы, имеющим отношение к гравитации и динамике — одним из древнейших научных законов, — пространство является огромным хранилищем отрицательной энергии. Достаточной, чтобы все уравновесить и свести к нулю.

Я понимаю, что, если вы не сильны в математике, в это трудно поверить, но это правда.

Безграничная сеть миллиардов и миллиардов галактик, между которыми действуют силы взаимного тяготения, ведет себя как гигантский накопитель.

Вселенная похожа на огромный аккумулятор, хранящий отрицательную энергию. Положительная сторона вещей — масса и энергия, которую мы знаем сегодня, — это холм. Соответствующая яма, или отрицательная сторона вещей, находится в пространстве.

Но что это значит для нашего стремления выяснить, есть ли Бог? Это значит, что если Вселенная сводится к нулю, то для ее создания Бог не нужен. Вселенная — идеальный бесплатный ланч.

Поскольку мы знаем, что сумма положительного и отрицательного дает ноль, остается лишь выяснить, что — или, осмелюсь сказать, кто — запустило весь этот процесс.

Что могло стать причиной спонтанного возникновения Вселенной?

Поначалу это кажется непостижимой загадкой — в конце концов, в повседневной жизни вещи не возникают сами по себе. Нельзя щелкнуть пальцами и получить чашечку кофе, когда вам этого хочется. Кофе надо приготовить из разных компонентов: из кофейных зерен, воды — возможно, даже добавить молока и сахара. Но давайте отправимся в глубину этой кофейной чашки — сквозь частицы молока доберемся до атомов и попадем на субатомарный уровень. Мы окажемся в мире, где вполне реален этот фокус: здесь все может создаваться из ничего. По крайней мере, на некоторое время. Дело в том, что на этом уровне такие частицы, как протоны, ведут себя согласно законам природы, которые мы называем квантовой механикой. И они действительно могут возникать случайно, соединяться на время, а потом исчезать снова, чтобы появиться где-то в другом месте.

Поскольку мы знаем, что Вселенная изначально была очень мала — возможно, даже меньше протона, — это приводит нас к одному примечательному выводу.

Вселенная при всей своей головокружительной величине и сложности могла просто внезапно начать существование, не нарушая при этом законов природы.

И с этого момента в процессе выброса гигантского количества энергии пространство начало расширяться и становиться местом для хранения всей отрицательной энергии, необходимой для подведения сальдо.

Может быть, Бог создал законы квантовой физики, которые допустили Большой взрыв?

Короче, нужен ли Бог для того, чтобы произошел Большой взрыв? Не имею ни малейшего желания оскорблять чувства верующих, но, на мой взгляд, у науки есть более убедительное объяснение, чем наличие божественного Творца.

Повседневный опыт подсказывает, что все происходящее возникает из-за того, что случилось раньше во времени, поэтому нам естественно думать, что нечто — возможно, Бог — должно было стать причиной начала существования Вселенной. Но если говорить о Вселенной в целом, это не обязательно. Представьте ручей, бегущий по горному склону. Что является причиной ручья? Ну, допустим, раньше в горах прошли дожди. А что стало причиной дождей? Хороший ответ — солнце светит над океаном, влага испаряется, и в небе образуются облака. Прекрасно, а что является причиной солнечного света? Если заглянуть внутрь Солнца, мы увидим процесс, который называется синтезом, во время которого атомы водорода соединяются, образуя гелий, и выделяется огромное количество энергии. Пока все хорошо. А откуда взялся водород? Ответ: от Большого взрыва. И вот тут принципиальный момент. Законы природы не только говорят, что Вселенная может внезапно возникнуть без посторонней помощи, как протон, но и не исключают того, что у Большого взрыва вообще не было причины. Никакой.

Это объяснение опирается на теории Эйнштейна и его идею о том, что пространство и время во Вселенной имеют фундаментальную взаимосвязь.

В момент Большого взрыва произошло нечто очень интересное. Началось само Время.

Чтобы понять эту ошеломительную идею, представьте себе черную дыру, плывущую в пространстве. Типичная черная дыра — это звезда, масса которой столь велика, что она обрушивается внутрь себя. Она настолько массивна, что даже свет не может преодолеть силу ее гравитации, вот почему она почти идеально черная. Гравитационное притяжение настолько сильное, что оно искривляет и искажает не только свет, но и время. Чтобы это понять, представьте часы, которые затягивает в эту дыру. По мере того как часы приближаются к черной дыре, они начинают идти все медленнее и медленнее.

Время начинает замедляться. И вот часы оказались в черной дыре — предположим, они смогут выдержать невероятную силу гравитации. И что же? Они совсем остановятся. И остановятся не потому, что сломались, а потому, что внутри черной дыры времени не существует. Именно так было при рождении Вселенной.

<…> Роль, которую играло время при рождении Вселенной, на мой взгляд, является ключевым фактором для отказа от необходимости иметь великого Создателя и для понимания того, как Вселенная создала сама себя.

По мере путешествия во времени к моменту Большого взрыва Вселенная будет становиться все меньше и меньше — пока не достигнет точки, в которой превратится в пространство настолько малое, что станет, по сути, одной, бесконечно малой, бесконечно плотной черной дырой. И так же, как в современных черных дырах, существующих в пространстве, законы природы в ней будут действовать весьма своеобразно. Согласно этим законам, время там должно остановиться.

Нельзя продвинуться во времени до начала Большого взрыва, потому что до Большого взрыва времени просто не существовало.

Наконец мы обнаружили то, у чего нет причины, потому что нет времени, в котором могла возникнуть эта причина. Для меня это означает, что нет возможности существования Творца, потому что нет времени, в котором этот Творец мог бы существовать.

Люди хотят получить ответы на серьезные вопросы — например, почему мы здесь. Никто не ждет, что ответ будет простым, поэтому все готовы приложить к нему некоторые усилия. Когда меня спрашивают, создал ли Вселенную Бог, я говорю, что этот вопрос не имеет смысла. До Большого взрыва времени не существовало, поэтому у Бога не было времени для ее создания. Это все равно что спросить, как пройти на край Земли. Земля — сфера, у которой нет края, поэтому искать его бессмысленно.

Издатель
«Бомбора», Москва, 2019