Начало бесконечности. Объяснения, которые меняют мир

Один из самых вопиющих примеров этого – то, что в физике сейчас существует две фундаментальные «системы мира» – квантовая теория и общая теория относительности – и что они принципиально не согласуются друг с другом. Эта несогласованность – известная как проблема квантовой гравитации – характеризуется по-разному, в соответствии со множеством предложений по ее решению, провести в жизнь которые так и не удалось. Один из аспектов – старый конфликт между дискретным и непрерывным. Решение, которое я описал в главе 11, в терминах непрерывных облаков взаимозаменяемых экземпляров частицы с различными дискретными свойствами проходит только в том случае, если пространство-время, в котором это происходит, само непрерывно. Но если на пространство-время влияет гравитация облака, то оно приобретет дискретные характеристики.

В космологии за несколько лет после выхода «Конца науки» и написанной мною вскоре после этого «Структуры реальности» случился революционный прогресс. В то время во всех жизнеспособных космологических теориях присутствовало объяснение, что расширение Вселенной постепенно замедляется из-за гравитации с тех пор, как произошел Большой взрыв, и продолжит замедляться в будущем. Космологи пытались определить, достаточно ли будет этой скорости для вечного расширения Вселенной, несмотря на замедление, как у снаряда, начальная скорость которого выше второй космической, или она в итоге сколлапсирует в ходе Большого сжатия. Считалось, что есть только две эти возможности. Я говорил о них в «Структуре реальности», потому что они были существенны для ответа на вопрос, есть ли граница числа вычислительных шагов, которые может выполнить компьютер за время жизни Вселенной? Если есть, то физика налагает ограничение на количество знаний, которые можно создать, потому что создание знаний есть одна из форм вычислений.

Первое, что приходит на ум, – неограниченное создание знаний возможно только во вселенной, которая не разрушится вновь. Однако в ходе анализа оказалось, что верно обратное: жители вечно расширяющихся вселенных рано или поздно израсходуют всю энергию. В то же время космолог Фрэнк Типлер выяснил, что в определенных типах коллапсирующих вселенных сингулярность Большого сжатия подходит для выполнения трюка с ускорением, который применялся в отеле «Бесконечность»: бесконечная последовательность вычислительных шагов может быть выполнена за конечное время до наступления сингулярности – за счет нарастания приливных эффектов при гравитационном коллапсе. Для обитателей, которым в конечном счете придется загрузить свою личность в компьютеры, построенные на принципе чистых приливных явлений, такая вселенная будет вечной, потому что они будут думать все быстрее и быстрее, без конца, по мере ее сжатия, а их воспоминания будут храниться во все уменьшающихся объемах, так что время обращения к ним также можно будет сокращать без конца. Типлер назвал такие вселенные «точками омега». В то время наблюдательные данные соответствовали тому, что наша реальная Вселенная принадлежит к такому типу.

Небольшая часть той революции, которая в настоящее время происходит в космологии, заключается в том, что модели «точки омега» были отвергнуты путем наблюдений. Данные, включая замечательную серию исследований сверхновых в удаленных галактиках, вынудили космологов сделать неожиданный вывод, что Вселенная не только будет расширяться всегда, но скорость ее расширения уже не снижается, а возрастает. Что-то противодействует ее гравитации!

Мы не знаем, что именно. До появления разумного объяснения неизвестная причина была названа «темной энергией». Существует несколько предположений относительно того, что это может быть, включая эффекты, которые лишь создают видимость ускорения. Но на сегодняшний день наилучшая рабочая гипотеза – в том, что в уравнениях, описывающих гравитацию, действительно есть дополнительный член того вида, который Эйнштейн рассматривал в 1915 году, а затем отбросил, поняв, что не может разумно объяснить его. Его еще раз предлагали в 1980-х годах как возможный эффект квантовой теории поля, но опять же нет теории о физическом значении такого члена, которая бы, например, смогла предсказать его величину. Проблема, связанная с природой и действием темной энергии, немаловажна, но и ничто в ней не предполагает вечно необъяснимую тайну. Вот так обстоит в космологии – якобы фундаментально законченной области науки.