„Кратки отговори на големите въпроси“ от Стивън Хокинг

От  |  0 коментара

Широкообхватна, интелектуално стимулираща, страстно обоснована и пропита с характерното му чувство за хумор, „Кратки отговори на големите въпроси“, последната книга от един от най-големите умове в историята, е личен поглед към предизвикателствата, пред които сме изправени като раса и накъде вървим като планета. Последната книга на Стивън Хокинг отговаря на най-големите ни въпроси:

 Има ли Бог?

Как е започнало всичко?

Можем ли да предсказваме бъдещето?

Има ли друг разумен живот във вселената?

Ще стане ли изкуственият интелект по-умен от нас?

Възможно ли е пътуването във времето?

Трябва ли да колонизираме космоса?

Ще оцелеем ли на Земята?

Как оформяме бъдещето?

ОТКЪС

1. Има ли Бог? 

Науката все повече отговаря на въпроси, които преди бяха в територията на религията. Религията е ранен опит да се отговори на въпросите, които си задаваме всички – защо сме тук, откъде сме дошли? Преди много време отговорът почти винаги е бил един и същ – боговете са направили всичко. Светът бил плашещо място, така че дори корави хора като викингите са вярвали в свръхестествени същества, за да си обяснят природни феномени като мълнии, бури и затъмнения. Днес науката ни дава по-добри и логични отговори, но хората винаги ще се вкопчват в религията, защото тя дава утеха и защото не вярват на науката или не я разбират.

Преди няколко години вестник „Таймс“ излезе със заглавие на първа страница, гласящо: „Хокинг: Не Бог е създал вселената“. Статията беше илюстрирана. Бог беше представен като навъсен старец от картина на Микеланджело. Моята снимка пък ме показваше със самодоволна физиономия. Бяха ни представили така, сякаш сме се изправили на двубой. Аз обаче нямам зъб на Бог. Не искам да създавам впечатлението, че целта на труда ми е да опровергая съществуването на Бог. Работата ми е да намеря рационална рамка за разбиране на вселената около нас.

Векове наред се е смятало, че хора с увреждания като мен са прокълнати от Бог. Е, възможно е да съм ядосал някого там горе, но предпочитам да мисля, че всичко може да се обясни и по друг начин, чрез законите на природата. Ако вярвате в науката като мен, вие вярвате, че има определени закони, които винаги се спазват. Ако искате, можете да кажете, че законите са дело на Бог, но това е по-скоро дефиниция на Бог, отколкото доказателство за съществуването му. Приблизително през 300 г. пр. н.е. един философ, Аристарх, бил запленен от затъмненията и най-вече от лунните. Бил достатъчно храбър да се запита дали те наистина са причинени от боговете. Аристарх бил истински научен пионер. Изучавал внимателно небето и стигнал до дръзко заключение – осъзнал, че затъмнението всъщност е сянката на Земята, която минава пред Луната, а не някакво божествено събитие. Освободен от това откритие, той можел да разбере какво всъщност се случва горе над главата му и начертал диаграми, показващи истинската връзка между Слънцето, Земята и Луната. Това му позволило да стигне до още по-забележителни открития: той стигнал до заключението, че Земята не е центърът на вселената, както си мислели всички, а се върти около Слънцето. Всъщност разбирането на това подреждане обяснява всички затъмнения. Когато Луната хвърля сянката си върху Земята, имаме слънчево затъмнение. А когато Земята засенчва Луната, имаме лунно затъмнение. Аристарх обаче отишъл още по-далеч. Той предположил, че звездите не са забити в небесния купол блестящи пирони, както смятали съвременниците му, а други слънца като нашето, само че много отдалечени. Помислете си какво зашеметяващо откритие трябва да е било това. Вселената е машина, управлявана от принципи или закони, които могат да бъдат разбрани от човешкия ум.

Смятам, че тяхното откриване е най-великото постижение на човечеството, защото именно природните закони, както ги наричаме днес, ще ни кажат дали се нуждаем от божество, за да си обясним вселената. Законите на природата са описание на това как действат нещата – в миналото, настоящето и бъдещето. В тениса топката винаги отива там, където казват, че ще отиде. Тук също действат и много други закони. Те определят всичко, което се случва, от това как енергията на удара се произвежда в мускулите на играчите до скоростта, с която расте тревата под краката им. Но истински важното е, че тези физични закони са неизменни и универсални. Те се прилагат за обясняването не само на полета на топката, но и на движението на планетите и всичко останало във вселената. За разлика от създаваните от хората закони, природните не могат да бъдат нарушавани – именно затова те са толкова могъщи и в същото време спорни, когато се погледнат от религиозна гледна точка.

Ако приемете като мен, че законите на природата са неизменни, не отнема много време да се запитаме – тогава каква е ролята на Бог? Това е голяма част от противоречията между наука и религия и макар че моите възгледи попадат в заглавията на вестниците, конфликтът всъщност е много стар. Можем да определим Бог като въплъщение на природните закони. Повечето хора обаче не мислят за Бог по този начин. Те си представят подобно на човек същество, с което могат да имат лична връзка. Когато погледнем огромните размери на вселената и колко незначителен и случаен е човешкият живот в нея, това изглежда абсолютно неправдоподобно.

Аз използвам думата Бог в имперсонален смисъл за природните закони, както го е правил Айнщайн, така че да познаеш ума на Бог означава да познаеш законите на природата. Моето предсказание е, че ще познаем ума на Бог към края на този век.

Днес единствената област, към която религията може да предяви претенции, е възникването на вселената, но дори тук науката отбелязва напредък и скоро ще предложи категоричен отговор на този въпрос. Публикувах книга, в която задавам въпроса дали Бог е създал вселената, и тя предизвика известно вълнение. Хората се разстройват, че един учен има мнение по религиозни въпроси. Нямам желание да казвам на никого в какво да вярва, но за мен въпросът дали Бог съществува е валиден въпрос за науката. В края на краищата трудно мога да се сетя за по-важна или фундаментална загадка от тази какво или кой е създал и контролира вселената.

Аз смятам, че вселената е възникнала спонтанно от нищото според законите на науката. Основното допускане на науката е научен детерминизъм. Законите на науката определят еволюцията на вселената предвид състоянието й в един момент. Тези закони може, а може и да не са постановени от Бог, но той не може да се намеси и да ги наруши, тъй като в такъв случай те нямаше да бъдат закони. Това оставя на Бог свободата да избира първоначалното състояние на вселената, но дори тук изглежда, че има закони. Така че Бог остава без абсолютно никаква свобода.

Въпреки сложността и разнообразието на вселената се оказва, че за да я създадеш, са ти необходими само три съставки. Да си представим, че можем да ги изброим в някаква космическа готварска книга. Какви са съставките, които са ни нужни за приготвянето на вселена? Първата е материята – нещата, които имат маса. Материята е навсякъде около нас, в земята под краката ни и в космоса. Прах, камъни, лед, течности. Огромни облаци газ, огромни звездни спирали, всяка съдържаща милиони слънца и простираща се на невероятни разстояния.

Втората необходима съставка е енергията. Дори никога да не сте се замисляли, всички знаем какво е енергия. Тя е нещо, с което се сблъскваме всеки ден. Погледнете към слънцето и ще я усетите върху лицето си – енергия, произведена от звезда, отдалечена на сто и петдесет милиона километра от нас. Енергията насища вселената и задвижва процесите, които я правят динамично и непрекъснато променящо се място.

И тъй, имаме материя и енергия. Третото, от което се нуждаем за създаването на вселена, е пространство. Много пространство. Можете да наричате вселената как ли не – страхотна, красива, стихийна, – но не и претъпкана. Накъдето и да погледнем, виждаме пространство, пак пространство и още пространство. То се простира във всички посоки. Това е достатъчно, за да ни завърти главата. И откъде е дошла цялата тази материя, енергия и пространство? Нямахме никаква представа до двайсети век.

Отговорът дойде от проникновенията на един човек, може би най-забележителният учен, живял някога. Името му е Алберт Айнщайн. За жалост нямах възможност да се срещна с него, защото бях едва на тринайсет, когато той си отиде. Айнщайн осъзнал нещо невероятно – че две от основните съставки, необходими за приготвянето на вселена – масата и енергията, – са в общи линии едно и също нещо или ако искате, две страни на една монета. Прочутото му уравнение E=mc2 просто означава, че масата може да се разглежда като вид енергия и обратното. Така че можем да кажем, че вместо три вселената има само две съставки – енергия и пространство. И откъде е дошла цялата тази енергия и пространството? Отговорът беше открит след десетилетия работа на учените – пространството и енергията са възникнали спонтанно при събитие, което днес наричаме Големия взрив.

В момента на Големия взрив се е появила цяла вселена, а с нея и пространството. Тя се е разширила досущ като надуван балон. Откъде са дошли тази енергия и пространство? Как цяла вселена, пълна с енергия, с огромни разстояния и всичко в нея, да възникне от нищото?

Някои смятат, че точно тук в картината се появява Бог. Той е създал енергията и пространството. Големият взрив е моментът на Сътворението. Но науката ни разказва различна история. С риск да си навлека неприятности смятам, че можем да разберем много по-добре природните феномени, които са ужасявали викингите. Можем дори да отидем отвъд прекрасната симетрия на енергията и материята, открита от Айнщайн. Можем да използваме законите на природата, за да разгледаме възникването на вселената и да открием дали съществуването на Бог е единственият начин да го обясним.

След Втората световна война в Англия беше време на недоимък. Учеха ни, че никога не можеш да получиш нещо срещу нищо, че няма безплатен обяд. Но днес, след цял живот работа, си мисля, че можеш да получиш цяла вселена безплатно.

Голямата загадка на Големия взрив е да се обясни как цяла една фантастично огромна вселена от пространство и енергия може да се появи от нищото. Тайната се крие в един от най-странните факти за космоса. Законите на физиката изискват съществуването на нещо, наречено „отрицателна енергия“.

Позволете да направя проста аналогия, която ще ви помогне да схванете тази шантава, но изключително важна концепция. Представете си, че някой иска да издигне могила насред равнина. Нека могилата бъде вселената. За да постигне целта си, човекът изкопава дупка в земята и натрупва изкопаната пръст на купчина. Разбира се, той не прави само могила – а и дупка, която е обратна версия на могилата. Материалът, който е бил в дупката, сега е могила, така че двете са перфектно балансирани. Точно това е принципът зад случилото се при възникването на вселената.

Когато създал огромно количество положителна енергия, Големият взрив произвел същото количество отрицателна енергия. По този начин положителната и отрицателната енергия се анулират. Това е друг закон на природата.

Тогава къде е цялата тази отрицателна енергия днес? В третата съставка на нашата космическа готварска книга – в пространството. Може да изглежда странно, но според законите на природата, свързани с гравитацията и движението – едни от най-старите закони в науката, – самото пространство е огромно хранилище на отрицателна енергия. Достатъчно голямо, за да гарантира, че общият й сбор е нула.

Признавам, че всичко това е трудно да се схване, освен ако не си падате по математиката, но е така. Безкрайната мрежа от милиарди и милиарди галактики, които си взаимодействат чрез силата на гравитацията, действа като гигантско устройство за съхранение. Вселената е огромна батерия, съхраняваща отрицателна енергия. Положителната страна на нещата – материята и енергията, които виждаме днес – е като могилата. Дупката, или отрицателната страна на нещата, се разпределя в пространството.

Какво означава това за нашия въпрос дали има Бог? Означава, че ако общият сбор на вселената е нула, не се нуждаете от Бог, за да я създадете. Вселената е най-големият безплатен обяд.

Тъй като знаем, че общият сбор на положителната и отрицателната енергия е нула, ни остава само да разберем какво – или кой, ако искате – е задействало целия този процес. Какво може да предизвика спонтанно възникване на вселена? На пръв поглед това изглежда озадачаващ проблем – в края на краищата в нашето ежедневие нещата не се появяват от нищото. Не можем просто да щракнем с пръсти и пред нас да се появи чаша кафе, когато ни се допие. Трябва да си го приготвите от други неща като зърна, вода и може би мляко и захар. Но ако се впуснете в тази чаша кафе през частиците на млякото до атомно и субатомно ниво, ще се озовете в свят, в който създаването на нещо от нищо е възможно. Поне за малко. Това е така, защото на това ниво поведението на частиците като протоните се определя от природните закони, които наричаме квантова механика. И те наистина могат да се появяват случайно, да останат за известно време и да изчезнат, за да се появят някъде другаде.

Тъй като знаем, че самата вселена някога е била много малка, може би по-малка от протон, това означава нещо наистина забележително – че самата вселена с нейните умопомрачаващи размери и сложност може да се е появила, без това да нарушава познатите ни закони на природата. От този момент нататък са се освободили огромни количества енергия, докато самото пространство се е разширило – място, което да съхранява отрицателната енергия, необходима за изравняването. Разбира се, отново изниква основният въпрос – дали Бог е създал квантовите закони, позволяващи Големия взрив? Накратко казано, нуждаем ли се от Бог, който да нагласи всичко така, че да има Голям взрив? Нямам желанието да обиждам никой вярващ, но мисля, че науката разполага с по-убедително обяснение от намесата на някакъв божествен създател.

Нашият опит ни кара да си мислим, че всичко случващо се трябва да е причинено от нещо, което се е случило по-рано във времето, така че за нас е естествено да мислим, че нещо – може би Бог – е причинило възникването на вселената. Но когато говорим за вселената като цяло, това не е задължително. Позволете да обясня. Представете си река, която тече надолу по планински склон. Какво е породило реката? Ами, може би дъждовете, които са паднали в планините по-рано. Но тогава какво е причинило дъжда? Добър отговор би бил слънцето, което нагрява океана и създава водни пари, които се издигат в атмосферата и образуват облаци. Добре тогава, какво кара слънцето да свети? Ами, ако погледнем в него, ще видим процес, известен като ядрен синтез, при който водородните атоми се сливат и образуват хелий, като при това се отделят огромни количества енергия. Дотук добре. А откъде е дошъл водородът? Отговор – от Големия взрив. Но именно тук е важният момент. Законите на природата ни казват не само че вселената може да възникне без ничия помощ, подобно на протон, и да не се нуждае от никаква енергия, но и че е възможно нищо да не е причинило Големия взрив. Нищо.

Обяснението се опира на теориите на Айнщайн и неговото откритие, че пространството и времето във вселената са преплетени на фундаментално ниво. В момента на Големия взрив с времето се е случило нещо много интересно. То се е появило.

За да разберем тази объркваща идея, нека вземем черна дупка, носеща се в пространството. Типичната черна дупка е звезда, която е толкова масивна, че се е свила сама в себе си. Масата й е толкова голяма, че дори светлината не може да преодолее гравитацията й, поради което тя е почти съвършено черна. Гравитационното й привличане е толкова силно, че огъва и изкривява не само светлината, но и времето. За да разберете как, представете си, че в черната дупка попада часовник. С приближаването му към черната дупка той започва да се забавя все повече и повече. Самото време започва да се забавя. Сега си представете как часовникът влиза в черната дупка (разбира се, ако е успял да издържи на екстремните гравитационни сили) – той спира. И спира не защото е счупен, а защото вътре в черната дупка времето не съществува. И именно това се е случило при възникването на вселената.

Как съществуването на Бог пасва на вашето разбиране за началото и края на вселената? И ако Бог съществува и имате възможност да се срещнете с него, какво бихте го попитали?

Въпросът е „Дали начинът, по който е възникнала вселената, е избран от Бог по неведоми за нас причини, или появата й се определя от научните закони?“. Аз вярвам във второто. Ако искате, можете да наречете научните закони „Бог“, но това няма да е персонален Бог, пред когото можете да се изправите и да му задавате въпроси. Макар че, ако имаше подобен Бог, бих искал да го попитам дали е измислил нещо толкова сложно като М-теория в единайсет измерения.

През последните сто години ние постигнахме забележителен напредък в разбирането ни за вселената. Днес познаваме законите, които управляват случващото се във всички условия без най-екстремните като възникването на вселената и черните дупки. Смятам, че ролята, която играе времето в началото на вселената, е последният ключ към премахването на нуждата от някакъв велик архитект и разкриването как вселената е създала сама себе си.

Ако тръгнем назад във времето към момента на Големия взрив, вселената става все по-малка и по-малка, докато не се превърне в точка, където на практика е безкрайно малка и безкрайно плътна черна дупка. И също като съвременните черни дупки, които се носят в пространството, законите на природата диктуват нещо невероятно. Те ни казват, че самото време също трябва да спре. Не можем да стигнем до време преди Големия взрив, защото няма време преди Големия взрив. Най-сетне намерихме нещо, което няма причина, защото няма време, в което може да съществува причината. За мен това означава, че не може да съществува създател, защото няма време за съществуването му.

Хората искат отговори на големите въпроси, като защо сме тук. Те не очакват отговорите да бъдат лесни и затова се готвят да се мъчат да ги разберат. Когато ме питат дали Бог е създал вселената, аз отговарям, че самият въпрос е лишен от смисъл. Преди Големия взрив времето не е съществувало, така че за Бог няма време, в което да е създал вселената. Все едно да питате къде се намира краят на Земята – тя е сфера и няма край, така че търсенето му е напразно упражнение.

Дали вярвам? Всеки е свободен да вярва в каквото си иска и според мен най-простото обяснение е, че няма Бог. Никой не е създал вселената и никой не насочва съдбата ни. Това ме води до едно дълбоко осъзнаване – че може би няма рай и отвъден живот. Смятам, че вярата в живота след смъртта е просто пожелателно мислене. Няма надеждни доказателства за отвъдното и то противоречи на всичко, което знаем от науката. Мисля, че когато умрем, се превръщаме отново в пръст. Ние обаче продължаваме да живеем в известен смисъл с нашето влияние в гените, които предаваме на децата си. Разполагаме с този единствен живот, за да се възхитим на великия дизайн на вселената, и аз съм изключително благодарен за това.

2. Как е започнало всичко? 

Хамлет казва: „аз бих могъл да седя затворен в орехова черупка и пак да се чувствам владетел на безкрайни простори!“[1]. Мисля, че е искал да каже, че макар ние хората да сме много ограничени физически, особено в моя конкретен случай, умовете ни са свободни да изследват цялата вселена и дръзко да отидат и там, където дори „Стар Трек“ се бои да отиде. Безкрайна ли е наистина вселената, или е просто много голяма? Има ли тя някакво начало? Завинаги ли ще я има, или само за много дълго време? Как могат крайните ни умове да проумеят една безкрайна вселена? Не е ли прекалено претенциозно дори да се опитваме да го направим?

С риска да си навлека участта на Прометей, който откраднал огъня от боговете и го дал на хората, смятам, че можем и трябва да се опитваме да разберем вселената. За делото си Прометей бил наказан да остане за цяла вечност прикован за скала, макар че за негово щастие бил освободен от Херакъл. Ние вече постигнахме забележителен напредък в разбирането на космоса. Все още не разполагаме с пълна картина. Харесва ми да мисля, че може би не сме твърде далеч от нея.

Според народа бошонго от Централна Африка в началото имало само мрак, вода и великия бог Бумба. Един ден Бумба изпитал силни стомашни болки и повърнал Слънцето. То пресушило част от водата и се появила твърдата земя. Все още страдащ от болки, Бумба повърнал Луната, звездите и накрая някои животни – леопарда, крокодила, костенурката и накрая човека.

Подобно на много други, тези митове за сътворението се опитват да отговорят на въпросите, които всички си задаваме. Защо сме тук? Откъде сме дошли? Отговорът обикновено гласи, че хората са се появили сравнително неотдавна, защото трябва да е било очевидно, че човешката раса подобрява познанията и технологиите си. Следователно не може да е отдавна на този свят, защото иначе щеше да бъде много по-развита. Например според изчисленията на епископ Ъшър книга Битие поставя началото на времето на 22 октомври 4004 г. пр. н.е. в 18:00 ч. От друга страна, физическите обекти като планините и реките се променят много малко в рамките на един човешки живот. Затова те са били възприемани като неизменен фон и или са съществували от самото начало като пуст пейзаж, или са били създадени по едно и също време с хората.

Не всички обаче били доволни от идеята, че вселената е имала начало. Например най-прочутият древногръцки философ Аристотел смятал, че вселената е съществувала винаги. Нещо вечно е по-съвършено от нещо сътворено. Той твърди, че причината да виждаме прогрес се дължи на това, че наводнения или други природни бедствия непрекъснато са връщали цивилизацията назад в развитието й. Мотивацията му да приеме една вечна вселена било желанието му да избегне фактора божествена намеса, която да я сътвори. Обратно, вярващите във вселена с начало я използвали като аргумент в полза на съществуването на Бог като първопричина или силата, дала началния ѝ тласък.

Ако приемем, че вселената е имала начало, очевидните въпроси са „Какво се е случило преди появата й? Какво е правил Бог, преди да създаде света? Може би е създавал Ада за онези, които задават подобни въпроси?“. Проблемът дали вселената е имала начало, или не, вълнувал изключително силно немския философ Имануел Кант. Той смятал, че и в двете становища съществуват логически противоречия, или антиномии. Ако вселената е имала начало, защо е чакала безкрайно дълго време, преди да започне да съществува? Той нарекъл това теза. От друга страна, ако вселената е съществувала вечно, защо й е било нужно безкрайно дълго време, за да достигне сегашното си състояние? Нарекъл това антитеза. Тезата и антитезата зависели от приемането на Кант, както и на почти всички други, че времето е абсолютно. Иначе казано, то се движи от безкрайното минало към безкрайното бъдеще независимо дали вселената съществува, или не.

Мнозина учени мислят по този начин и днес. През 1915 г. обаче Айнщайн излязъл със своята революционна обща теория на относителността. В нея пространството и времето вече не са абсолютни и не представляват неизменен фон на събитията. Вместо това те са динамични величини, оформени от материята и енергията във вселената. Те са ограничени само в рамките на вселената, така че няма смисъл да се говори за време преди началото й. Все едно да питаш къде е точката южно от Южния полюс. Такава просто не съществува.

Макар че обединява времето и пространството, теорията на Айнщайн не ни казва много за самото пространство. Нещо, което изглежда очевидно за него, е, че то продължава и продължава. Не очакваме вселената да свърши с тухлена стена, макар че няма логична причина това да не е така. Но модерните инструменти като космическия телескоп „Хъбъл“ ни позволяват да надникнем дълбоко в космоса. В него ние виждаме милиарди и милиарди галактики с различни форми и размери. Има гигантски елиптични галактики и спирални като нашата. Всяка се състои от милиарди и милиарди звезди, около много от които задължително ще обикалят планети. Нашата собствена галактика ни пречи да гледаме в някои посоки, но като изключим това, галактиките са разпръснати сравнително равномерно в пространството, с някои локални концентрации и празнини. Гъстотата на галактиките като че ли намалява на много големи разстояния, но това, изглежда, се дължи на факта, че са много отдалечени и светлината от тях е много слаба, поради което не можем да ги различим. Доколкото можем да кажем, вселената продължава безкрайно в пространството и е до голяма степен една и съща, независимо колко далеч се намираме от нашата планета.

Макар че изглежда почти по един и същи начин във всички посоки, вселената определено се променя с времето. Това било установено едва в началото на миналия век. Дотогава се смятало, че вселената е на практика неизменна. Тя би могла да съществува вечно и да няма начало, но това като че ли водело до абсурдни заключения. Ако звездите светят вечно, те щяха да нагорещят вселената, докато тя достигне тяхната температура. Дори нощем цялото небе щеше да е ярко като Слънцето, защото накъдето и да погледнем, ще видим звезда или облак прах, който е бил нагорещен до температурата на звездите. Така че наблюдението, което правим всички – че небето нощем е тъмно, – е много важно. То означава, че вселената не може да е съществувала вечно в състоянието, в което я виждаме днес. В миналото трябва да се е случило нещо, което да накара звездите да засветят в някакъв момент. Тогава светлината от много отдалечените звезди не би имала време да достигне до нас. Това би обяснило защо нощното небе не свети във всяка посока.

Ако звездите ги е имало вечно, защо внезапно са светнали преди няколко милиарда години? Какъв е бил часовникът, който им е казал, че е време да блеснат? Този въпрос тормозел философи като Имануел Кант, който вярвал, че вселената би трябвало да е вечна. Но за повечето хора той пасвал на идеята, че вселената е била сътворена във вида, в който я виждаме сега, само преди няколко хиляди години, както твърди епископ Ъшър. В тази идея обаче започнали да се появяват несъответствия с наблюденията с помощта на стоинчовия телескоп на Маунт Уилсън през 20-те години на миналия век. На първо място Едуин Хъбъл открил, че многото слаби петна светлина, наричани мъглявини, са всъщност други галактики, огромни купове звезди като нашето Слънце, но много отдалечени от нас. За да изглеждат толкова малки и слаби, разстоянията би трябвало да са толкова огромни, че на светлината да са й нужни милиони и дори милиарди години, за да достигне до нас. Това означава, че вселената не би могла да е само на няколко хиляди години.

Но второто откритие на Хъбъл е още по-забележително. Като анализирал светлината от другите галактики, той успял да определи дали те се движат към нас, или се отдалечават. За своя огромна изненада той установил, че почти всички се отдалечават. Нещо повече, колкото по-далече от нас се намират, толкова по-висока е скоростта на отдалечаването им. Иначе казано, вселената се разширява. Галактиките се отдалечават една от друга.

Откриването на разширяването на вселената било една от огромните интелектуални революции на двайсети век. То дошло като пълна изненада и напълно променило дискусията за възникването на вселената. Щом галактиките се раздалечават, в миналото те би трябвало да са били по-близо една до друга. По сегашната скорост на разширяването можем да изчислим, че са били наистина много близо една до друга преди около 10-15 милиарда години. Така че изглежда, че вселената е започнала някъде тогава, когато всичко в нея се е намирало в една точка от пространството.

Много учени обаче не били щастливи от идеята за начало на вселената, защото това като че ли означавало, че физиката се разпада. Би трябвало да се допусне намесата на някакъв външен фактор – да го наречем за удобство Бог, – който да определи как е започнала съществуването си вселената. Затова учените излезли с теории, според които вселената се разширява днес, но не е имала начало. Една от тях е т.нар. теория за стабилното състояние или за стационарна вселена, предложена през 1948 г. от Херман Бонди, Томас Голд и Фред Хойл.

Според тази теория вселената се разширява, но се образуват и нови галактики от материя, която се създава непрекъснато в пространството. Така вселената би могла да съществува вечно и да е винаги една и съща във всеки момент. Това последно свойство има голямото предимство да е предсказание, което може да се тества с наблюдение. Екип радиоастрономи от Кеймбридж под ръководството на Мартин Райл направи проучване на слаби източници на радиовълни в началото на 60-те. Тези радиовълни са разпределени сравнително равномерно, което показва, че повечето източници се намират извън нашата галактика, като по-слабите би трябвало да са по-отдалечени.

Теорията за стабилното състояние предсказва връзка между броя на източниците и тяхната сила. Наблюденията обаче показват повече слаби източници от предсказаните, което означава, че в миналото плътността им е била по-висока. Това противоречи на основната предпоставка на теорията за стабилно състояние, че всичко е константно във времето. Поради това и поради други причини теорията за стабилно състояние на вселената е изоставена.

Друг опит да се избегне идеята за начало на вселената е предположението, че преди е имало фаза на свиване, но поради въртенето и локалните неравномерности в разпределението материята не се събира в една точка. Вместо това различните части материя се разминавали и вселената започнала да се разширява отново, като плътността й винаги остава крайна. Руснаците Евгений Лифшиц и Исак Халатников дори заявиха, че са доказали, че общото свиване без точна симетрия винаги ще доведе до разширяване, като плътността си остава крайна. Този резултат беше много удобен за марксистко-ленинския диалектически материализъм, защото избягва неудобните въпроси за създаването на вселената, и затова се превърна в символ верую на съветските учени.

Аз започнах да се занимавам с космология точно когато Лифшиц и Халатников публикуваха заключението си, че вселената не е имала начало. Осъзнах, че въпросът е много важен, но не бях убеден от аргументите, приложени от двамата учени.

Свикнали сме с идеята, че събитията се причиняват от по-ранни събития, които на свой ред са причинени от още по-ранни – че има причинно-следствена връзка, която продължава назад в миналото. Да предположим обаче, че тази верига има начало, някакво първо събитие. Какво е причинило него? Това не беше въпрос, който много учени бяха склонни да разглеждат. Те се опитваха да го избегнат, като твърдяха, подобно на руснаците и защитниците на теорията за стабилното състояние, че вселената не е имала начало или че възникването на вселената е въпрос не на науката, а на метафизиката или религията. Аз смятам, че един истински учен не би трябвало да застава на подобна позиция. Щом законите на науката са били суспендирани в началото на вселената, какво пречи да бъдат отменени и в други моменти? Законът не е закон, ако важи само понякога. Смятам, че трябва да се опитваме да разберем възникването на вселената въз основа на науката. Това може да е непосилна задача, но въпреки това трябва да се опитаме.

С Роджър Пенроуз успяхме да докажем геометрични теореми, които показват, че вселената трябва да е имала начало, ако общата теория на относителността на Айнщайн е вярна и ако са налице някои разумни условия. Трудно е да се спори с математическа теорема, така че накрая Лифшиц и Халатников се съгласиха, че вселената трябва да има начало. Макар че идеята за възникване на вселената не пасва особено на комунистическите идеи, на идеологията никога не й е било позволявано да застава на пътя на науката, поне що се отнася до физиката. Физиката е нужна за създаването на бомбата и е важно да работи. Съветската идеология обаче попречи на развитието на биологията с отричането на генетиката.

Макар че доказаните от Пенроуз и мен теореми показваха, че вселената трябва да е имала начало, те не даваха много информация за естеството на това начало. Те показваха, че началото е Големият взрив, когато цялата вселена и всичко в нея е било смачкано в една-единствена точка с безкрайна плътност – сингулярност на пространство-времето. В тази точка общата теория на относителността на Айнщайн се разпада. Поради това тя не може да се използва за предсказване по какъв начин е започнала съществуването си вселената. Така излиза, че произходът на вселената излиза извън обхвата на науката.

Наблюдението, потвърждаващо идеята за висока плътност на вселената в началото на съществуването й, дойде през октомври 1965 г., няколко месеца след първия ми резултат за сингулярност, с откриването на слаб фон микровълни в космоса. Те са същите като онези в микровълновата ви фурна, само че много по-слаби. Те биха могли да затоплят пицата ви само до -270,5 єС, което не върши работа за размразяването й, да не говорим за приготвянето й. Вие също можете да наблюдавате тези микровълни. Онези, които си спомнят аналоговите телевизори, със сигурност са ги виждали. Ако оставите телевизора си на празен канал, няколко процента от снежинките по екрана са причинени от фоновите микровълни. Единствената логична интерпретация на фоновото лъчение е, че то е остатък от едно ранно, много горещо и плътно състояние. С разширяването на вселената лъчението се е охладило и днес виждаме само слабите му остатъци.

Това, че вселената е започнала от сингулярност, не беше идея, която се харесваше на мен и на други хора. Причината общата теория на относителността на Айнщайн да се разпадне при Големия взрив е в това, че тя е т.нар. класическа теория. Иначе казано, тя приема нещо, което изглежда очевидно за здравия разум – че всяка частица има ясно определена позиция и скорост. При така наречените класически теории, ако някой знае положението и скоростта на всички частици във вселената в даден момент, може да изчисли какви ще бъдат те във всеки друг момент в миналото и бъдещето. В началото на двайсети век обаче учените открили, че не могат да изчислят точно какво ще се случи на много къси разстояния. Причината не била в това, че се нуждаели от по-добри теории. Сякаш в природата съществувало някакво ниво на случайност или неопределеност, което не може да бъде премахнато, независимо колко добри са теориите ни. Това може да се обобщи в принципа на неопределеността, предложен през 1927 г. от немския учен Вернер Хайзенберг. Според него не може да се предскаже точно едновременно позицията и скоростта на една частица. Колкото по-точно се предсказва позицията, толкова по-неточно става определянето на скоростта й и обратно.

Айнщайн категорично възразил на идеята, че вселената се управлява от случайността. Чувствата му са обобщени в афоризма му „Бог не играе на зарове“. Всички свидетелства обаче показват, че Бог е заклет комарджия. Вселената е като огромно казино, където непрекъснато се хвърлят зарове и се въртят колела. Собственикът на казиното рискува да изгуби пари при всяко хвърляне или завъртане на рулетката. Като цяло обаче залозите и рисковете се изравняват и собственикът се грижи изравняването да е в негова полза. Именно затова казината са толкова богати. Единственият шанс да ги победите е като заложите всичките си пари на няколко хвърляния на заровете или завъртания на рулетката.

Същото важи и за вселената. Когато тя е голяма, има много хвърляния на зарове и резултатите се изравняват до нещо, което може да се предскаже. Но когато вселената е много малка, както е била непосредствено след Големия взрив, хвърлянията са били малки и принципът на неопределеността става много важен. Ето защо този принцип трябва да се включи в общата теория на относителността на Айнщайн, ако искаме да разберем произхода на вселената. Това е голямото предизвикателство в теоретичната физика през последните най-малко трийсет години. Все още не сме го решили, но сме постигнали голям напредък.

Да предположим, че се опитваме да предскажем бъдещето. Тъй като знаем само някои комбинации от позиция и скорост на дадена частица, ние не можем да правим точни предсказания за бъдещите позиции и скорост. Можем само да кажем каква е вероятността за конкретна комбинация от позиции и скорости. Това означава, че дадено бъдеще има някаква вероятност да се случи. Да предположим обаче, че се опитаме да разберем по същия начин и миналото.

Предвид естеството на наблюденията, които сме в състояние да правим сега, ние можем само да посочим някаква вероятност за дадена история на вселената. Това означава, че вселената трябва да има много други възможни истории, всяка със своя собствена вероятност. Има история на вселената, в която Англия отново печели Световната купа, макар че вероятността за това е малка. Идеята, че вселената има много истории, може да изглежда като научна фантастика, но днес е приет научен факт. Дължим това на Ричард Файнман, който работеше в престижния Калифорнийски технологичен институт и свиреше на бонго на кръстовищата. Подходът на Файнман към разбирането как се случват нещата е да даде на всяка възможна история конкретна вероятност и така да прави предсказания. Това работи чудесно за предсказване на бъдещето, така че приемаме, че същото важи и за миналото.

Днес учените се опитват да съчетаят общата теория на относителността на Айнщайн и идеята на Файнман за множество истории в една завършена обединена теория, способна да опише всичко, което се случва във вселената. Тази обединена теория ще ни даде възможност да изчислим как ще се развива вселената, ако знаем състоянието й в даден момент. Но обединената теория сама по себе си няма да ни каже как е започнала съществуването си вселената и какво е било първоначалното й състояние. За целта ни трябва нещо допълнително. Нужни са ни т.нар. гранични състояния – неща, които ни казват какво се случва по границите на вселената, по краищата на пространството и времето. Ако границата на вселената беше на някаква нормална точка от пространството и времето, бихме могли да я преминем и да присъединим територията отвъд нея като част от вселената. От друга страна, ако границата на вселената се намираше на някакъв неравен ръб, където пространството или времето се смачкани и плътността е безкрайна, би било много трудно да дефинираме смислени гранични условия. Така че не е ясно какви гранични условия са необходими. Изглежда, че няма логична основа за избирането на едни или други условия.

Джим Хартъл от Калифорнийския университет в Санта Барбара и аз обаче осъзнахме, че има и трета възможност. Може би вселената няма граница в пространството и времето. На пръв поглед това противоречи пряко на геометричните теореми, за които споменах по-горе. Те показват, че вселената трябва да има начало, граница във времето. За да бъдат обаче техниките на Файнман добре дефинирани, математиците разработиха концепция, наречена имагинерно време. То няма нищо общо с реалното време, което познаваме, а представлява математически трик, който позволява на изчисленията да работят и замества реалното време. Нашата идея беше да покажем, че в имагинерното време няма граница. По този начин се избягва необходимостта от гранични условия. Нарекохме това предложение безгранично.

Ако граничното условие на вселената е тя да няма граници в имагинерното време, тя няма да има само една история. В имагинерното време има много истории, като всяка от тях определя история в реалното време. Така имаме свръхизобилие от истории за вселената. Какво е онова, което избира една конкретна история или набор от истории, в които живеем ние, от всички възможни истории на вселената?

Тук бързо забелязваме, че много от тези възможни истории на вселената няма да минат през поредицата от образуване на звезди и галактики, което е съществено за нашето съществуване и развитие. Може би е възможно разумни същества да се развият без галактики и звезди, но изглежда малко вероятно. Така самият факт, че съществуваме и можем да задаваме въпроса „Защо вселената е такава, каквато е?“, представлява рестрикция на историята, в която живеем. Това означава, че тя е една от малкото истории, в които съществуват звезди и галактики. Това е пример на т.нар. антропичен принцип. Според него вселената трябва да бъде повече или по-малко такава, каквато я виждаме, защото ако беше различна, нямаше да има кой да я наблюдава.

Мнозина учени не харесват антропичния принцип, защото той прилича на размахване на магическа пръчка и няма много предсказателна сила. Но на антропичния принцип може да бъде дадена точна формулировка и изглежда съществен, когато се занимаваме с възникването на вселената. М-теорията, която е най-добрият ни кандидат за завършена обединена теория, позволява съществуването на множество възможни истории на вселената. Повечето от тях са напълно неподходящи за възникването на разумен живот. Те са празни, недълговечни, прекалено изкривени или сбъркани по някакъв друг начин. И в същото време според идеята на Ричард Файнман тези необитаеми истории могат да са много вероятни.

Нас всъщност не ни е грижа колко са историите, в които няма разумни същества. Интересуват ни само подмножеството истории, в които се развива разумен живот. Не е необходимо да става въпрос за човешки същества. Малки зелени човечества също ще свършат работа – при това може би по-добре. Човешката раса не е особено добър пример за разумно поведение.

Като пример за силата на антропичния принцип можем да вземем броя посоки в пространството. От опит знаем, че живеем в триизмерно пространство. Това означава, че можем да представим позицията на дадена точка в пространството с три числа – например географска ширина, дължина и надморска височина. Защо обаче пространството е триизмерно? Защо няма само две измерения, или четири, или някакъв друг брой, както е в научната фантастика? Всъщност в М-теорията пространството има десет измерения (плюс едно измерение за времето), но седем от тях са силно извити и малки, оставяйки трите основни измерения, които са големи и почти плоски. Можем да направим аналог със сламка. Повърхността на сламката е двуизмерна. Едната посока обаче е извита в малък кръг, така че от разстояние сламката прилича на едноизмерна линия.

Какво е имало преди Големия взрив?

Според идеята за безграничност питането какво е имало преди Големия взрив е лишено от смисъл – все едно да питате какво се намира южно от Южния полюс, – защото не съществува време, спрямо което да се правят наблюдения. Концепцията за време съществува само в рамките на нашата вселена.

Защо не живеем в история, в която са извити осем измерения, оставяйки само две, които забелязваме? Във вселена с две измерения едно живо същество би имало сериозни трудности с храносмилането. Ако има храносмилателна система като нашата, която минава през него, тя би го разделила на две и горкото животно би се разпаднало. Така че две плоски измерения не са достатъчни за нещо сложно като разумен живот. В трите пространствени измерения има нещо специално. В три измерения планетите могат да имат стабилни орбити около звездите. Това е следствие от силата на гравитацията, която се подчинява на закона за обратна пропорционалност на квадрата от разстоянието, открит от Робърт Хук през 1665 г. и развит от Исак Нютон. Вземете гравитационното привличане на две тела на дадено разстояние. Ако разстоянието се удвои, силата на привличане намалява двойно. Ако разстоянието се утрои, силата намалява девет пъти, ако се учетвори – шестнайсет пъти и т.н. Това води до стабилни планетарни орбити. А сега да си представим вселена с четири пространствени измерения. В този случай силата на гравитацията ще се подчинява на закон за обратна пропорционалност на куба от разстоянието. Ако разстоянието между две тела се удвои, силата на привличане помежду им ще отслабне осем пъти, ако се утрои – двайсет и седем пъти, а ако се учетвори – шейсет и четири пъти. Тези промени според закона няма да позволят на планетите да поддържат стабилни орбити около слънцата си. Те или ще паднат върху слънцето, или ще отлетят в космическия мрак и студ. По същия начин орбитите на електроните в атомите нямаше да са стабилни и материята нямаше да съществува във вида, в който я познаваме. Това означава, че макар че идеята за множество истории позволява всякакъв брой почти плоски измерения, само онези с три измерения ще съдържат разумни същества. Само в тях някой ще може да се запита: „Защо пространството има три измерения?“.

Една забележителна черта на наблюдаваната вселена е микровълновото фоново лъчение, открито от Арно Пензиас и Робърт Уилсън. По същество то ни показва каква е била вселената, когато е била съвсем млада. Този микровълнов фон е почти един и същ накъдето и да погледнем. Разликите между различните посоки възлизат на около едно на сто хиляди. Те са невероятно малки и се нуждаят от обяснение. Общоприетото обяснение за равномерността е, че много рано в историята си вселената е преминала през период на изключително бързо разширяване от порядъка на поне милиард милиард милиарди. Този процес е известен като инфлация – нещо, което е било добро за вселената, за разлика от инфлацията на цените, която така често мъчи нас. Ако това беше всичко, микровълновото лъчение би трябвало да е абсолютно еднакво във всички посоки. На какво тогава се дължат малките разлики, които наблюдаваме?

В началото на 1982 г. написах статия, в която предположих, че разликите се дължат на квантови флуктуации по време на инфлационния период. Квантовите флуктуации се случват като следствие от принципа на неопределеността. Нещо повече, тези флуктуации са били семената на структурите в нашата вселена – галактиките, звездите и нас. Тази идея представлява в общи линии същия механизъм като т.нар. лъчение на Хокинг от събитийния хоризонт на черна дупка, което бях предсказал десетилетие по-рано, с това изключение, че сега то идва от космологичен хоризонт – повърхността, която разделя вселената между частите, които можем да видим, и онези, които не можем. През лятото на същата година проведохме в Кеймбридж семинар, на който присъстваха всички основни учени, работещи в тази област. На тази среща формулирахме до голяма степен сегашната представа за инфлацията, която позволява образуването на галактики и съответно собственото ни съществуване. Няколко души допринесоха за окончателния отговор. Това беше десет години преди флуктуациите в микровълновото лъчение да бъдат регистрирани от сателита СОВЕ през 1993 г., така че теорията беше изпреварила доста експеримента.

Космологията се превърна в точна наука след още десет години, през 2003, когато дойдоха първите резултати от сателита WMAP. WMAP създаде чудесна карта на температурата на фоновото микровълново лъчение – снимка на вселената, когато е била на възраст около една стотна от сегашната й. Неравномерностите, които се виждат на нея, са предсказани от инфлацията и означават, че някои региони на вселената са били с малко по-висока плътност от други. Гравитационното привличане на по-високата плътност забавя разширяването на този регион и накрая може да доведе до колапс и образуване на звезди и галактики. Така че се вгледайте внимателно в картата на микровълновото небе. Тя е основният чертеж за цялата структура на вселената. Ние сме продукт на квантови флуктуации в ранната вселена. Така че Бог наистина играе на зарове.

Днес WMAP е заместен от сателита „Планк“, който ни осигури карта на вселената с много по-висока разделителна способност. „Планк“ сериозно тества теориите ни и може дори да засече отпечатъка от гравитационните вълни, предсказани от инфлацията. Това би била квантова гравитация, изписана в небето.

Възможно е да има други вселени. М-теорията предсказва, че от нищото са възникнали огромен брой вселени, всяка от които отговаря на многото различни възможни истории. Всяка вселена има множество възможни истории и състояния, докато се развива до настоящето и в бъдещето. Повечето от тези състояния ще бъдат напълно различни от вселената, която наблюдаваме ние.

Все още има надежда, че ще видим първите доказателства на М-теорията в ускорителя на частици в ЦЕРН, Женева, известен като Големия адронен колайдер (LHC). От гледната точка на М-теорията той изследва единствено ниските енергии, но можем да изкараме късмет и да видим по-слаб сигнал от фундаментална теория като суперсиметрията. Мисля, че откриването на суперсиметрични модели за познатите частици ще предизвика революция в разбирането ни на вселената.

През 2012 г. беше обявено откриването на Хигс частицата в LHC. Това бе първото откриване на нова елементарна частица през двайсет и първи век. Все още има надежда, че LHC ще открие суперсиметрия. Но дори ускорителят да не засече нови елементарни частици, суперсиметрията може да бъде открита в следващото поколение ускорители, които се планират в момента.

Самото начало на вселената в горещия Голям взрив е върховната високоенергийна лаборатория за тестване на М-теорията и нашите идеи за градивните частици на пространство-времето и материята. Различните теории оставят различни отпечатъци в сегашната структура на вселената, така че астрофизичните данни могат да ни дадат насоки за обединяването на всички сили на природата. Така че може и да има други вселени, но за съжаление ние никога няма да бъдем в състояние да ги изследваме.

Дотук се спряхме върху възникването на вселената. Но остават още два големи въпроса. Ще има ли край вселената? И уникална ли е тя?

Какво ще бъде бъдещото поведение на най-вероятните истории на вселената? Изглежда, има различни възможности, които са съвместими с появата на разумни същества. Те зависят от количеството материя във вселената. Ако тя е повече от определено критично количество, гравитационното привличане между галактиките ще забави разширяването.

Накрая те ще започнат да се приближават една към друга и накрая всичко ще се слее в Голям срив. Това ще бъде краят на историята на вселената – в реално време. Когато бях в Далечния изток, ме помолиха да не споменавам Големия срив, защото това можело да не се отрази добре на пазара. Но пазарите се сринаха, така че може би информацията по някакъв начин е успяла да изтече. Във Великобритания хората не изглеждат особено разтревожени от възможен край на вселената след двайсет милиарда години. Дотогава човек може доста да яде, да пие и да се весели.

Ако плътността на вселената е под критичната стойност, гравитацията е твърде слаба, за да спре раздалечаването на галактиките. Всички звезди ще изразходват горивото си и вселената ще става все по-пуста и по-студена. Така че отново всичко ще свърши, но не по толкова драматичен начин. И пак дотогава ни остават милиарди години.

С този отговор се опитах да обясня нещо за възникването, бъдещето и природата на нашата вселена. В миналото тя е била малка и плътна, подобно на ореховата черупка, с която започнах. Този орех обаче кодира всичко, което се случва в реално време. Така че Хамлет е бил напълно прав. Бихме могли да сме затворени в орехова черупка и пак да се чувстваме владетели на безкрайните простори.


[1]  Шекспир, „Хамлет“, Второ действие, втора сцена. Превод В. Петров – Б. пр.

 * * *

bard.bg

VN:F [1.9.22_1171]
Rating: 0.0/10 (0 votes cast)

Напишете коментар

Вашият email адрес няма да бъде публикуван Задължителните полета са отбелязани с *

*

Можете да използвате тези HTML тагове и атрибути: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>