Черные дыры и молодые вселенные

За последние триста лет мы открыли научные законы, управляющие существованием материи в нормальных условиях. Но для экстремальных ситуаций мы по-прежнему законов не знаем. Эти законы важны для понимания того, как возникла Вселенная, но они не влияют на ее будущее развитие, если только (или пока) Вселенная опять не сожмется в сверхплотное состояние. По сути, мерилом того, как мало эти законы высоких энергий влияют на нынешнюю Вселенную, является тот факт, что для их проверки мы тратим огромные деньги на строительство гигантских ускорителей частиц.

Даже зная соответствующие законы, управляющие Вселенной, мы не можем использовать их для предсказания далекого будущего. Это объясняется тем, что решения физических уравнений могут проявить свойство, известное как хаотичность, то есть уравнения могут оказаться нестабильными: малейшее изменение в параметрах – и поведение системы вскоре совершенно изменится. Например, если вы чуть-чуть измените усилие, с которым толкнули колесо рулетки, то измените выигрышный номер. Выигрышный номер практически невозможно предугадать – иначе физики сколачивали бы себе состояние в казино.

В нестабильных хаотических системах, как правило, можно выявить некий временной масштаб, характеризующийся тем, что в нем малое изменение в неких начальных условиях возрастает вдвое. В приложении к земной атмосфере этот временной масштаб составляет порядка пяти дней – примерно столько, сколько нужно ветру, чтобы облететь вокруг Земли. На период около пяти дней предсказать погоду можно довольно точно, но чтобы предсказать ее дальше, нужно очень точно знать настоящее состояние атмосферы и произвести невероятно сложные вычисления. Нет способа предсказать погоду на шесть месяцев вперед точнее, чем дать среднее сезонное значение.

Мы также знаем основные законы химии и биологии и в принципе могли бы определить, как работает мозг. Но описывающие мозг уравнения почти наверняка имеют хаотический характер, и малейшее изменение начального состояния ведет к совершенно иному результату. Поэтому на практике мы не можем предсказать человеческое поведение, даже если бы знали уравнения, им управляющие. Наука не может предсказать будущее человечества, даже если это будущее есть. Опасность заключается в том, что наша способность разрушать и губить окружающую среду и друг друга возрастает гораздо быстрее, чем наша мудрость в использовании этой способности.

Что бы ни случилось на Земле, остальная Вселенная не обратит на это внимания. Представляется, что движение планет вокруг Солнца в конечном счете хаотично, хотя и в далекой перспективе. Это означает, что ошибки в предсказании становятся с течением времени больше. Далее какого-то времени движение в деталях предсказать невозможно. Мы можем быть относительно уверены, что Земля очень долго не встретится с Венерой, но не можем гарантировать, что малые возмущения орбит не сложатся так, что через миллиард лет это столкновение произойдет. Движение Солнца и других звезд вокруг центра Галактики и движение Галактики вокруг центра группы галактик тоже хаотичны. Мы наблюдаем, что другие галактики удаляются от нас, и более отдаленные удаляются быстрее. Это означает, что Вселенная расширяется в близлежащее пространство: расстояние между галактиками со временем возрастает.

Наблюдаемое нами фоновое микроволновое излучение из внешнего пространства свидетельствует, что это расширение равномерно и нехаотично. Вы можете сами наблюдать это излучение, настроив ваш телевизор на свободный канал. Небольшая часть пятнышек, увиденных вами на экране, вызвана микроволнами, пришедшими из-за пределов Солнечной системы. Это тот же вид излучения, что и в микроволновой печи, просто гораздо слабее. Оно может разогреть пищу лишь до 2,7 градуса выше абсолютного нуля и потому не очень подойдет для приготовления пиццы. Считается, что это излучение осталось от ранней – горячей – стадии развития Вселенной. Но самое замечательное в нем то, что почти одно и то же количество излучения поступает со всех направлений. Его очень точно измеряет спутник-исследователь космического фона. Карта неба, сделанная по результатам этих наблюдений, показала бы разную температуру излучения. С разных направлений приходит излучение разной температуры, но отклонения очень невелики – не более чем 1 часть на 100 000. Какая-то разница в микроволнах, пришедших с разных направлений, должна быть, так как Вселенная не совершенно равномерна – в ней есть местные аномалии вроде звезд, галактик и скоплений галактик. Но отклонение микроволнового фона мало, насколько это возможно, учитывая наблюдаемые нами местные аномалии. С точностью не хуже чем 99,999 % микроволновый фон одинаков во всех направлениях.