Стивен Хокинг. Жизнь среди звезд - [90]

Возьмем немного другой пример: житейский опыт учит нас, что поверхность Земли далеко не гладкая, она вся в морщинках и складочках, которые мы называем горами и долинами, и они так высоки и глубоки, что в некоторых местах поверхность становится практически непроходимой. Однако с точки зрения астронавта, который смотрит из далекого космоса, поверхность Земли гладкая и правильная.

Может быть, именно поэтому мы и не воспринимаем остальные 22 пространственных измерения. Вероятно, они очень туго свернуты, и мы не видим неровностей. Насколько туго? Грубо говоря, сложная структура пространства стала бы очевидной лишь на масштабах меньше 10^–30 см (для сравнения: типичное ядро атома имеет в поперечнике около 10^–13 см, поэтому ядро примерно в сто миллионов миллиардов раз больше, чем узелки в структуре пространства. Отношение величины атомного ядра к величине узелка в сто тысяч раз больше, чем отношение величины вашего большого пальца к атомному ядру).

Математики объясняют подобную феноменальную компактификацию без малейшего труда, но она все-таки заставляет задаться интересным вопросом: почему двадцать два измерения так сильно свернуты, а остальные три измерения расширялись себе после Большого Взрыва как ни в чем не бывало. И вот что интересно: и знакомый нам закон всемирного тяготения, и уравнения электромагнетизма, которые открыл Максвелл, «действуют» только во вселенной, где есть три пространственных измерения плюс одно временное. Если бы, например, пространственных измерений было больше, планеты не могли бы вращаться вокруг своих звезд по стабильным орбитам. Достаточно было бы легчайшего возмущения – и планета либо упала бы на звезду и сгорела, либо улетела в дальний космос и замерзла. В сущности, как подчеркивает Хокинг, не было бы и стабильных звезд: любое скопление газа и пыли либо рассеялось бы, либо тут же схлопнулось в черную дыру.

Таким образом, законы физики, вероятно, подсказывают нам, что с какого бы количества измерений все ни начиналось, все измерения, кроме трех пространственных и одного временного, всегда оказываются нестабильными и компактифицируются. Более того, в последнее время некоторые исследования показывают, что коллапс «лишних» 22 измерений, вероятно, вызван той же самой движущей силой, которая запустила расширение остальных трех. Все это, разумеется, связано с идеей антропной космологии, о которой мы говорили в главе 13.

Вероятно, существуют и другие вселенные, другие пузырьки пространства-времени, где компактификация прошла немного иначе и осталось, к примеру, шесть-семь пространственных измерений (или только одно). Но поскольку в этих вселенных неподходящая обстановка для зарождения жизни, там некому ломать голову над природой физики. Если живые существа вроде нас могут существовать только во вселенной с тремя пространственными измерениями, стоит ли удивляться, что Вселенная, в которой мы живем, и вправду обладает тремя пространственными измерениями!

Насколько же близки научные исследования к ответу на главные вопросы о жизни и Вселенной? Неужели в XXI веке физикам-теоретикам будет нечем заняться?

* * *

В 1980 году в лекции по случаю вступления в должность Лукасовского профессора Хокинг предположил, что мы станем свидетелями конца физики, вероятно, «к концу столетия». Он имел в виду, что у физиков появится полная, последовательная единая теория физических взаимодействий, описывающая все наблюдаемые явления. Возможно, что-то вроде теории суперструн.

Хокинг признал, что физики и раньше несколько раз думали, что вот-вот получат ответы на все вопросы. Самый знаменитый такой момент в истории – конец XIX века, когда все думали, что теперь, когда закон Ньютона и уравнения Максвелла надежно подтверждены, дело за малым – осталось лишь уточнить детали, отшлифовать углы, расставить все точки над всеми научными i. И только все укрепились в этом мнении, как в физике произошло две революции подряд – квантовая теория и теория относительности – и все встало с ног на голову. Однако уже в конце 1920-х годов, всего через поколение, один из отцов квантовой механики Макс Борн утверждал, что уже через полгода у физиков-теоретиков не останется существенных задач. Из фундаментальных частиц тогда были известны только электрон и протон, и Борну казалось, что они досконально изучены. Но в начале 1930-х открыли нейтрон, а сегодня мы знаем, что и нейтрон, и протон состоят из других основополагающих частиц – из кварков.

Тем не менее, даже если относиться к оптимизму Хокинга образца 1980 года всерьез, это не значит, что после 2000 года физики останутся безработными. Как подчеркивал Хокинг во время лекции, законы физики, которыми так гордился Борн более шестидесяти лет назад, в принципе, полностью объясняют ход химических реакций, больше нам для этого ничего не нужно. А биологические процессы зависят от химии сложных молекул. Химия практически полностью зависит от свойств электронов, и в 1920-е годы Пол Дирак вывел квантовое уравнение, которое в точности описывает поведение электронов. Загвоздка в том, что это уравнение такое чудовищно сложное, что решить его на сегодня удалось только для самого простого атома (водорода), в котором один-единственный электрон вращается вокруг одного-единственного протона. Как сказал Хокинг в той же лекции: