Вселенная из ничего - Лоуренс Краусс

Тот факт, что общая теория относительности Эйнштейна явно не согласовывалась с тогдашней картиной мироздания, был для него ударом, большим, чем вы можете себе представить, по причинам, которые позволяют мне обойтись без мифа об Эйнштейне и общей теории относительности, который мне всегда докучал. Принято считать, что Эйнштейн работал в изоляции, годами в закрытом помещении, используя ясную мысль и рассудок, и придумал свою красивую теорию независимо от реальности (вероятно, как некоторые струнные теоретики сегодня!). Тем не менее, ничто не может быть дальше от истины.

Эйнштейн всегда глубоко руководствовался экспериментами и наблюдениями. Проводя множество «мысленных экспериментов» в своем сознании и усиленно работая уже более десяти лет, он по ходу изучил новую математику и проработал много ложных теорий, прежде чем, в конечном счете, создал теорию, которая была действительно математически красивой. Однако самый важный момент становления его любви к общей теории относительности был связан с наблюдением. В течение последних лихорадочных недель, когда он заканчивал свою теорию, конкурируя с немецким математиком Давидом Гильбертом, он использовал свои уравнения для расчета предсказания того, что иначе, возможно, казалось бы малопонятным астрофизическим результатом: небольшой прецессии «перигелия» (точки наибольшего приближения) орбиты Меркурия вокруг Солнца.

Астрономы уже давно заметили, что орбита Меркурия немного отклоняется от предсказанной Ньютоном. Вместо идеального эллипса, повторяющего себя, орбита Меркурия испытывает прецессионное движение (что означает, что планета не возвращается точно в ту же точку после каждого оборота, но после каждого оборота ориентация эллипса немного смещается, вычерчивая, в конечном счете, своего рода спиралевидный узор) на невероятно маленькую величину: 43 угловых секунды (примерно 1 / 100 градуса) за столетие.

Когда Эйнштейн выполнил расчет орбиты, используя свою теорию относительности, получилось именно это число. Как сообщал биограф Эйнштейна, Абрахам Пайс: «Я полагаю, это открытие было, несомненно, самым сильным эмоциональным переживанием в научной жизни Эйнштейна, возможно, во всей его жизни». Он утверждал, что у него участилось сердцебиение, как будто «что-то щелкало» внутри. Месяц спустя, когда он описывал другу свою теорию как теорию «несравненной красоты», его удовлетворение математической формой было действительно очевидным, но ни о каком сердцебиении не сообщалось.

Очевидное несоответствие между общей теорией относительности и наблюдениями, относящимися к предполагаемой статичности Вселенной, было, однако, недолгим. (И хотя это действительно заставило Эйнштейна внести изменение в своею теорию, позже он назвал это самой большой своей ошибкой. Но об этом чуть позже.) Все (за исключением некоторых школьных советов в США) теперь знают, что Вселенная не статична, а расширяется, и что расширение началось с невероятно горячего и плотного Большого Взрыва примерно 13,720 млрд. лет назад. Не менее важно, мы знаем, что наша галактика является лишь одной из, возможно, 400 млрд галактик в наблюдаемой Вселенной. Мы, как древние земные картографы, только начинаем в полной мере отображать Вселенную в ее огромных масштабах. Неудивительно, что в последние десятилетия мы стали свидетелями революционных изменений в нашей картине Вселенной.

Открытие, что Вселенная не статична, а расширяется, имеет глубокое философское и религиозное значение, так как это предполагает, что наша Вселенная имела начало. Начало подразумевает создание, а создание разжигает эмоции. Хотя потребовалось несколько десятилетий после открытия в 1929 году нашей расширяющейся Вселенной, чтобы понятие Большого Взрыва получило независимое эмпирическое подтверждение, Папа Пий XII возвестил о нем в 1951 году как о доказательствах в пользу «Книги Бытия». Как он выразился:

Похоже, современной науке одним взглядом через века удалось добыть свидетельство величественного момента начального Fiat Lux [Да будет свет], когда наряду с материей вырвалось из небытия море света и излучения, и элементы делились и перемешивались, и формировались в миллионы галактик. Таким образом, с конкретностью, характерной для физических доказательств, [наука] подтвердила вероятность непредсказуемого возникновения Вселенной, а также обоснованность вывода относительно эпохи, когда мир вышел из рук Творца. Следовательно, создание имело место. Мы говорим: «Следовательно, есть Творец. Следовательно, Бог существует!»

Вся история на самом деле немного более интересна. Фактически, первым человеком, который предложит Большой Взрыв, был бельгийский священник и физик Жорж Леметр. В Леметре сочетались различные профессиональные навыки. Он начал свои исследования в качестве инженера, имел награды как артиллерист в Первой мировой войне, а затем переключился на математику во время учебы на священника в начале 1920-х. Затем он перешел к космологии, изучая ее сначала со знаменитым британским астрофизиком сэром Артуром Стэнли Эддингтоном, прежде чем переехать в Г арвард, и, в конечном итоге, получил вторую докторскую степень в области физики в Массачусетском технологическом институте.

В 1927 году, перед получением второй докторской степени, Леметр фактически решил уравнения Эйнштейна для общей теории относительности и показал, что теория предсказывает нестатичную Вселенную, и фактически означает, что Вселенная, в которой мы живем, расширяется. Эта идея казалась настолько возмутительной, что сам Эйнштейн ярко возразил, заявив: «Ваша математика правильна, но ваша физика безобразна».

Тем не менее, Леметр двигался дальше, и в 1930 году также предположил, что наша расширяющаяся Вселенная на самом деле возникла как бесконечно малая точка, которую он назвал «первозданным атомом», и что ее происхождение представляло собой, с намеком, возможно, на «Книгу Бытия», «день без вчера».

Таким образом, Большой Взрыв, о котором так возвещал Папа Пий, впервые предположил священник. Можно подумать, что Леметр был в восторге от этой папской оценки, но он уже избавился в своем сознании от представления, что эта научная теория имела богословские последствия, и, в конечном счете, удалил абзац в черновике своей работы 1931 г. о Большом Взрыве, в котором отмечался этот вопрос.

Кстати, позже Леметр выразил протест по поводу папского 1951 года доказательства «Бытия» через Большой Взрыв (не в последнюю очередь потому, что он понял, что если позже будет доказано, что его теория неправильна, то утверждение Римско-католической церкви по поводу «Бытия» может быть оспорено). К этому времени он был избран в Папскую академию Ватикана, а позже стал ее президентом. Как он выразился: «Насколько я могу судить, такая теория полностью остается за рамками каких-либо метафизических или религиозных вопросов». Папа никогда не поднимал эту тему публично.

Здесь для нас важный урок. Как признался Леметр, произошел ли Большой Взрыв на самом деле или нет — это научный вопрос, а не теологический. Более того, даже если Большой Взрыв был (что сейчас всецело подтверждено доказательствами), каждый мог бы интерпретировать его по-разному, в зависимости от своих религиозных или метафизических пристрастий. Вы можете предпочитать считать, что Большой взрыв наводит на мысли о творце, если чувствуете такую необходимость, или вместо этого утверждать, что математика общей теории относительности объясняет эволюцию Вселенной от самого ее возникновения, без вмешательства какого-либо божества. Но такие метафизические спекуляции не зависят от физической достоверности самого Большого Взрыва и не имеют отношения к нашему его пониманию. Конечно, когда мы выходим за пределы самого существования расширяющейся Вселенной, чтобы понять физические принципы, которые могут затрагивать ее происхождение, наука может пролить новый свет на эти спекуляции и, как я покажу, она это делает.

В любом случае, ни Леметр, ни Папа Пий не убедили научный мир, что Вселенная расширяется. Скорее, как и в любой хорошей науке, доказательства пришли из тщательных наблюдений, в данном случае сделанных Эдвином Хабблом, который сохраняет для меня большую веру в человечество, потому что сам он начинал как адвокат, а затем стал астрономом.

Хаббл ранее сделал значительный прорыв в 1925 году с новым 100-дюймовым телескопом Хукера в Маунт Вилсон, на то время крупнейшим в мире.

(Для сравнения, мы сейчас строим телескопы более чем в десять раз превышающие его в диаметре и в сто раз больше по площади!) До этого времени с помощью имевшихся телескопов астрономы смогли разглядеть нечеткие изображения объектов, которые не были просто звездами в нашей галактике. Они называли их туманностями, что на латыни по сути означает «туманная вещь» (фактически «облако»). Они также обсуждали, были ли эти объекты внутри нашей галактики или за ее пределами.