Жизнь проста. Как бритва Оккама освободила науку и стала ключом к познанию тайн Вселенной - Джонджо МакФадден

Однако историческая справедливость восторжествовала. Сегодня Мопертюи считается первооткрывателем одного из основополагающих принципов науки – принципа наименьшего действия. Наряду с принципом инвариантности скорости света, согласно которому скорость света одинакова для всех наблюдателей, принцип наименьшего действия, существующий независимо от других, более фундаментальных законов, является опорой нашей Вселенной. В его основе лежит принцип бритвы Оккама, настойчиво утверждающий, что во Вселенной не следует множить действие без необходимости.

И тем не менее вопреки этому принципу Вселенная продолжает оставаться чрезвычайно сложной из-за появления новых данных об элементарных частицах, которые множатся без всякой на то необходимости. Например, нейтрино, существование которых предсказал в 1930 году Вольфганг Паули, а Энрико Ферми дал название этим частицам и в 1934 году разработал теорию β-распада с учетом гипотезы Паули. Они чрезвычайно многочисленны, однако почти не взаимодействуют с другими частицами, и поэтому триллионы их проходят через наше тело ежесекундно, не причиняя вреда. Разве наша Вселенная не была бы проще без них? Более того, как мы уже убедились, относительно простая стандартная модель, включающая 17 фундаментальных частиц, могла бы стать проще. Для чего нужны кварки и лептоны из калибровочных групп II и III, ведь они не вносят никакого вклада в обычную материю? Возможно, вы уже слышали о двух явлениях, возникших как сущности, которые не следует множить: темная материя[464] и темная энергия, из которых состоит почти вся наша Вселенная. Почему наша Вселенная не воспользовалась принципом наименьшего действия, чтобы свести к минимуму эту часть всей материи?

В подтверждение моих слов о том, что Вселенная близка к тому, чтобы открыться нам во всей простоте, мне придется начать с экскурса в историю и показать, какую роль сыграли некоторые сущности, в которых, как нам кажется, нет необходимости. Мы отправимся на поиски на место древнейшей катастрофы.

ЗИМА БЛИЗКО

Шестьдесят шесть миллионов лет назад, во времена позднемеловой эпохи (100–66 миллионов лет до настоящего времени[465]) климат и океаны были значительно теплее, чем сейчас, что способствовало появлению разнообразной и обильной фауны на суше и на море. В океанах обитали фораминиферы (панцирные амебы – амебы с раковинами), которые питались фотосинтезирующими микроорганизмами и водорослями, а после завершения жизненного цикла превращались в окаменелости, из которых образовались меловые взгорья и холмы Норт-Даунс в графстве Суррей, где, вполне вероятно, в детстве бродил Уильям Оккам. Фораминиферы служили пищей для членистоногих, моллюсков, червей, актиний, губок, медуз, иглокожих, белемнитов и их близких родственников из головоногих моллюсков, аммонитов со спирально закрученной раковиной. Раковины этих древних животных оседали на дне моря и за несколько миллионов лет превращались в окаменелости, те самые «фигурные камни», которые заставили ученых-натуралистов в XVIII веке задуматься над происхождением видов. Вверху пищевой цепочки океана находились рыбы и морские рептилии, такие как длинношеий плезиозавр и гигантские мозазавры, скелеты которых в скалах Дорсета обнаружила Мэри Эннинг. На суше обитали травоядные динозавры, такие как утконосый гадрозавр и рогатый трицератопс, бродившие по хвойным лесам или болотам, над которыми жужжали насекомые, опылявшие обильно цветущие растения. Где-то неподалеку был слышен рев настоящего короля динозавров – тираннозавра рекса, а в воздухе охотились гигантские летающие ящеры – птерозавры.

Однако все эти существа были обречены на вымирание. Гигантский астероид диаметром 10 километров, который на протяжении нескольких миллиардов лет двигался сквозь внешние области Солнечной системы, отклонился от орбиты, что было вызвано искривлением пространства-времени под влиянием массы Земли. Это искривление, известное как тяготение, привело к тому, что метеорит стал двигаться по параболической траектории, что в свое время, наверное, порадовало бы Галилея, однако это стало причиной столкновения метеорита с поверхностью нашей планеты. В последние секунды перед ударом скорость движения этого космического тела выросла до 10 километров в секунду, что в 20 раз превосходит скорость самой быстрой пули.

Если представить, что в этот роковой момент кто-то из динозавров взглянул вверх, то он увидел бы, как по небу несется ослепительный огненный шар, гораздо ярче Солнца. За этим последовала сильная световая вспышка, сопровождавшая падение астероида в районе Мексиканского залива, в результате чего тысяча кубических миль земной породы в одно мгновение превратилась в пар, расплавивший почву, и на огромной территории образовался ударный кратер Чиксулуб шириной 180 км и глубиной 2 км. Дым, пыль, сажа и мелкие осколки упавшего астероида привели к образованию плотного облака пыли, закрывшего Солнце. На Земле наступила суровая зима, длившаяся несколько десятилетий.

Около 80 % всех живых существ на планете, включая динозавров (кроме их ближайших родственников, птиц), погибло в этот период, который назвали «самым плохим уикендом в истории Вселенной». Однако в действительности он был не самым плохим. В истории нашей планеты было пять массовых вымираний и еще целый ряд менее масштабных. Массовое пермско-триасовое вымирание, которое произошло примерно на 250 миллионов лет раньше, было гораздо более разрушительным, оно почти превратило планету в безжизненную пустыню, уничтожив 96 % всех известных видов. События массового вымирания видов с определенной периодичностью нарушали процесс естественного отбора на нашей планете.

Палеонтологи из Чикагского университета Дэвид Рауп и Джек Джон Сепкоски нашли подтверждение тому, что массовое вымирание видов циклично и повторяется каждые 26 миллионов лет. Поскольку ни один земной цикл не длится так долго, их открытие подсказало, что ответ следует искать в небе. Одной из самых противоречивых гипотез в этой области стала теория, которую выдвинули физики-теоретики из Гарвардского университета в Массачусетсе Лиза Рэндалл и Мэтью Рис. Они считают, что динозавров убила темная материя[466]. По их мнению, Солнечная система, вращающаяся вокруг центра Галактики, периодически приближается к тонкому диску темной материи в галактической плоскости, в результате чего кометы и астероиды отклоняются от своих орбит и устремляются к Земле, направляя на нее свое разрушительное действие.

На первый взгляд может показаться, что нейтрино и темная материя – те самые сущности, которые не проясняют картину мира, и поэтому в них нет необходимости, особенно если представить себя на месте динозавров. Чтобы осознать, что ни мы, ни динозавры не могли бы существовать без них, необходимо понять, как возникает материя и, в частности, как зарождаются разнообразные формы жизни.

ЧТОБЫ ВЫРАСТИТЬ ПЛАНЕТУ, НУЖНА ГАЛАКТИКА

Когда в 1915 году Альберт Эйнштейн попробовал описать гравитационное взаимодействие во Вселенной с помощью общей теории относительности, он с удивлением обнаружил, что предсказываемая теорией Вселенная нестабильна: она или сжимается, или расширяется. Чтобы исключить нестабильность и получить решения, описывающие стационарную Вселенную, он ввел космологическую постоянную, под которой понимается некая энергия пространства, которая создает давление, препятствующее сжатию, то есть позволяет уравновесить гравитационное притяжение и сделать Вселенную стабильной. Когда в 1929 году астроном Эдвин Хаббл (1889–1953) измерил скорости галактик, он сделал не менее удивительное открытие: все галактики удаляются от нас, так как