Стивен Барр Современная физика начало и сотворение
Стивен Барр
Начало и сотворение
Некоторые религиозные люди рассматривают открытие Большого Взрыва как
научное доказательство того, что Вселенная была создана Богом. Некоторые атеисты, с другой стороны, указывают на спекулятивные физические теории, в которых вселенная не имеет начала, как на демонстрацию того, что Творец не нужен. Обе эти точки зрения ошибочны и по одной и той же причине. Обе ошибочно приравнивают идею о том, что Вселенная была создана, к идее о том, что Вселенная имела начало какое-то конечное время назад.
По общему признанию, сама Книга Бытия связывает творение и начало, когда говорит: «В начале Бог сотворил небо и землю». Но даже при том, что эти две идеи
связаны, они не являются одним и тем же. Это прекрасно понимал не кто иной, как св. Фома Аквинский. Он считал возможным философски доказать, что вселенная сотворена, но невозможным философски доказать, что вселенная имела начало, а не существовала бесконечное время.
Поначалу это звучит странно. Разве не очевидно, что если что-то было создано, то оно должно было быть создано конечное время назад? Это безусловно, относится к вещам, которые «созданы» людьми. Если художник пишет картину, то эту картину можно датировать тем временем, когда художник ее написал. Поскольку картина была написана, у нее было начало. Но Церковь говорит нам, что Бог не творит так, как «творят» люди; сравнение между ними является просто аналогией, и в данном случае несколько вводящей в заблуждение.
Поэтому воспользуемся другой аналогией. Представьте себе лист бумаги,
освещенный лампой навсегда, т. е. на время, бесконечно уходящее в прошлое. Хотя свечение бумаги всегда имело причину --- а именно лампу - бумага не имела начала. Точно так же существование вселенной должно иметь причину, а именно Бога, но это не обязательно означает, что существование вселенной имело начало. Творение связано с тем, почему что-то вообще существует, а не с тем, как долго оно существует.
Можно сказать иначе: есть разница между началом вещи и происхождением
вещи. Начало пьесы «Гамлет» - набор слов в акте I, сцена 1, тогда как происхождение пьесы «Гамлет» - творческий ум Уильяма Шекспира. Шекспир - источник пьесы в
том смысле, что он - причина того, что пьеса вообще существует; он причина ее существования как произведения искусства. Точно так же начало вселенной - это просто набор событий, которые произошли в ее первые моменты (около 14 миллиардов лет назад, согласно нынешним расчетам), тогда как происхождение вселенной - это разум
Бога. Так же, как было бы глупо отвечать на вопрос, почему существует произведение искусства под названием «Гамлет», указывая на его начальные слова, было бы глупо отвечать на вопрос, почему существует вселенная, указывая на ее начальные события.
В самом деле, открытие пьесы или открытие вселенной на самом деле не имеют ничего общего с причиной их существования. Можно представить себе пьесу, у которой нет ни начала, ни конца -- например, пьесу, сюжет которой ходит по кругу - и ей еще нужен был бы автор. Точно так же можно представить вселенную без начала и конца, и для нее все равно потребуется Творец. Теперь, хотя сотворение вселенной само по себе не
подразумевает, что у нее было временное начало, и хотя, согласно св. Фоме, Бог мог бы сотворить вселенную, не имевшую начала, если бы пожелал, Книга Бытия говорит нам, что наш мир действительно имел Начало, и IV Латеранский собор, и Первый Ватиканский собор говорили о том, что Бог сотворил вселенную «от начала времен».
Творение и время
Это подводит нас к ключевому моменту, который был впервые понят св.
Августином 16 столетий назад и заново открыт современной физикой только в ХХ веке. Дело в том, что начало Вселенной было также началом самого времени. В
древности многие язычники насмехались над иудейским и христианским учением
о том, что вселенная возникла в конечное время назад, и спрашивали евреев
и христиан, что делал их Бог в течение всего этого бесконечного промежутка времени, прежде чем Он сотворил мир. У св. Августина был глубокий ответ. Он исходил из того, что время, являясь характеристикой этого меняющегося мира, также является чем-то
сотворенным. Следовательно, если время идет, что-то создается - а именно, само время --- уже существует, и, следовательно, творение уже произошло. Следовательно, нет смысла говорить о каком-то времени, прошедшем «до творения». Само время, как сотворенная вещь, началось с начала сотворенных вещей. Бог не ждал бесконечного времени, прежде чем сотворить мир, сказал св. Августин, потому что не существует такого понятия, как «время до творения». Как он выразился в Книге XI своей «Исповеди»: «Почему они спрашивают, что Бог делал «тогда» [до сотворения]? Там, где не было времени, не было «тогда».
Современная физика пришла к тому же выводу параллельным
путем. В то время как св. Августин начал с понимания того, что время есть
что-то сотворенное, современная физика начинается с понимания того, что время
есть нечто физическое. После общей теории относительности Эйнштейна стало ясно, что пространство и время, вместо того, чтобы быть чем -то сверх физических событий и процессов, на самом деле образуют физическое «пространственно-временное многообразие» или ткань, на которую воздействуют другие физические объекты и воздействуют на них по очереди. Пространство-время может искривляться, изгибаться и пульсировать; и эти искажения пространства-времени несут энергию и импульс, как и все физические вещи.
Действительно, пространство-время так же физично, как магнитные поля или
скалы и деревья. Отсюда следует, что если физическая вселенная имело начало (скажем, при Большом Взрыве), то и пространство-время, как особенности физической вселенной, также началось в этот момент. Следовательно, до начала Вселенной не было ни времени, ни пространства; так что на самом деле с точки зрения современной физики не имеет смысла даже употребление фразы «до начала Вселенной». Современная физика подтвердила глубокую проницательность св. Августина.
Трудно, даже невозможно, человеческому уму представить себе, что время
имеет начало. Поэтому мы должны снова прибегнуть к аналогиям. Вернемся к аналогии с пьесой. Сюжет пьесы имеет временную шкалу, на которой могут располагаться ее события. Если пьеса напечатана в книге, мы можем найти его события по странице и строке, в которой они происходят. Но хронология книги или пьесы применима только к событиям внутри этой книги или пьесы. Нет смысла, например, спрашивать,
где во временной шкале пьесы «Гамлет» -- на какой странице - волшебник Гэндальф сражается с Балрогом или Шерлок Холмс встречает доктора Ватсона. Нельзя также спрашивать, что происходит в «Гамлете» после 5-го акта, поскольку в пьесе всего пять актов, и ее внутреннее или сюжетное время просто обрывается на последнем слове, которое появляется в конце 5-го акта, сцена 2, в определенном смысле, спросить, что происходит перед первым актом «Гамлета», потому что персонажи пьесы вспоминают и
относятся к предшествующим событиям - например, к убийству отца Гамлета
Клавдием. Но строго говоря, сюжетное время пьесы, измеряемое страницей и строкой, начинается с первой строки и заканчивается последней.
Точно так же в стандартной теории Большого взрыва есть точка (назовем ее ), которая является началом всех физических явлений, включая пространство и время. По мере того, как человек (мысленно) возвращается во времени к этой «первоначальной сингулярности», пространство сжимается все быстрее и быстрее, пока не сжимается до нуля. Пространство и время исчезают - или, если смотреть на время в правильном направлении, они мигают и возникают в этой точке. В стандартной теории Большого взрыва есть две возможных судьбы для физической вселенной: либо она будет вечно расширяться, становясь все пустее и холоднее, либо достигнет максимальных размеров
и начнет сжиматься в направлении того, что называется «Большим сжатием». (В настоящее время данные свидетельствуют в пользу первой возможности.) Если бы
Вселенная закончилась Большим сжатием, это означало бы, что пространство
и время исчезнут в этот момент, в конечное время в будущем. Это было бы «финишем» Вселенной, и время остановилось бы.
Продолжая аналогию, мы видим, что внутреннее время пьесы даже не относится к действиям ее автора. Женитьба Шекспира не является событием в «Гамлете» и не имеет
места во времена Гамлета. В самом деле, Шекспир обдумывал идеи для сюжета, но придумывание персонажей, или сочинение монологов для Гамлета также не являются событиями внутри пьесы и не имеют места во времени Гамлета (хотя они, конечно, являются причиной того, что определенные вещи происходят, когда и как они происходят в пьесе) . Шекспир вне своей пьесы и вне своего времени. Аналогичным образом
традиционное католическое учение состоит в том, что пространство и время этой
вселенной просто не применимы к самому Богу в Его Божественной природе.
Предположим, например, что мы думаем о двух физических событиях А и В, которые происходят в нашей вселенной. Событие A может произойти раньше B в
физическом времени и, возможно, может быть причиной B или, по крайней мере,
повлиять на B. Бог желает, чтобы произошло A и чтобы произошло B, и Он
желает, чтобы появление А произошло до появления В в пространстве-времени. Но воля Бога в отношении А не имеет места до Его воли в отношении Б. Воля Бога не является физическим процессом и, следовательно, (в отличие от А и В) не является событием в пространстве-времени. Последствия его воли (а именно, сами события А и В) действительно имеют место в пространстве и времени, но это не одно и то же.
Причина, по которой Бог вызывает А и В, находится на совершенно ином уровне, чем причина А, вызывающая В. Опять же, аналогия с пьесой делает это ясным.
Можно спросить: умер ли Полоний из-за того, что персонаж Гамлет
заколол его? Или Полоний умер потому, что Шекспир так написал пьесу? Правильный ответ, конечно же, и так и так. Гамлет закалывает Полония, и это является причиной смерти Полония в пьесе. Но сам Шекспир - причина всего существования пьесы «Гамлет», всех ее персонажей, всех ее событий и всех отношений между персонажами и событиями, включая то, где они происходят в пьесе и как они сочетаются друг с другом. в каузальную структуру его сюжета.
Аналогичным образом, физические события в этой вселенной имеют пространственно-временные и причинные отношения друг к другу, но вся вселенная и все ее события и внутренние отношения существуют только потому, что Бог задумал их и пожелал, чтобы они существовали и имели эти отношения к друг друга. Это
классическое различие между первичной и вторичной причинностью. Причины
в природе называются «вторичными причинами», тогда как Бог («первичная причина») является причиной природы.
Это поднимает вопрос о том, было ли начало Вселенной, которое могло быть «Большим взрывом», «естественным событием». Нет оснований, исходящих из физики, сомневаться в том, что это было так. Сказать , что событие естественно, значит сказать, что оно происходит в соответствии с законами природы. Это правда, что в классической
теории Большого взрыва сингулярность является особой точкой, в которой законы физики нарушаются, потому что в этой точке различные физические величины (например, плотность энергии и плотность энергии) были бы бесконечны (это риманова кривизна пространства-времени). Но известно, что классическая теория Большого взрыва не может быть хорошим описанием природы, близким к реальности, потому что должны быть важны квантово-механические эффекты, а современные теории неадекватны для описания квантовых эффектов при таких высоких плотностях и искривлениях. Большинство физиков ожидает, что, когда (и если) будет известна правильная теория «квантовой гравитации» и будут освоены методы, необходимые для ее применения к началу Вселенной, сингулярность по своей природе растворится, а законы будет видно, что физика применялась в начале Вселенной точно так же, как и в более поздние времена. И это не просто вопрос философских предрассудков. Многолетний опыт есть учил физиков, что когда в их теориях появляются бесконечные величины,
это всегда происходит потому, что они сделали нереалистичные «идеализации».
То, что Большой взрыв, скорее всего, был «естественным событием» в том смысле, что он подчинялся законам физики, не является теологической проблемой. Это все равно
, что сказать, что первые предложения Гамлета подчиняются законам английской грамматики так же, как и все остальные предложения в пьесе. Ничего другого и не
ожидалось. Это будет проблемой, только если впасть в грубый антропоморфизм и вообразить творение как физический процесс, подобный тому, как Бог поджигает зажженную спичку. Но это не христианская концепция Творения. Творение – это действие, посредством которого Бог придает реальность вселенной и делает ее не просто
гипотетической или возможной вселенной, но действительно существующей вселенной.
Он не поставляет энергию, как спичка со взрывчаткой, Он поставляет реальность. Бог снабжает этой реальностью в равной степени каждую часть вселенной --- все события во все времена и в любом месте -- точно так же, как Шекспир одинаково воспроизвел каждое слово в пьесе "Гамлет".
Был ли Большой взрыв началом времени?
Несмотря на то, что сотворенная вселенная и вселенная, имеющая начало, являются двумя логически различными идеями, фактом является то, что екоторые атеисты приходят в замешательство от идеи космического начала. Ибо, хотя Начало логически не подразумевает творения, оно как-то намекает на него. Это привело к тому, что многие в научном мире предвзято отнеслись к теории Большого Взрыва и, вероятно, препятствовали ее исследованию и задержали ее принятие, как это признавал
не один выдающийся ученый.
Теория Большого Взрыва возникла в результате работы русского математика Александра Фридмана и бельгийского физика (и католического священника) Жоржа Лематра в 1920-х годах. А в 1929 году было объявлено о явных доказательствах того, что галактики разлетаются, как в результате какого-то огромного первичного взрыва. Однако даже в 1959 году исследование показало, что большинство американских астрономов и физиков по-прежнему считали, что Вселенная имеет
бесконечный возраст. Тем не менее, доказательства в пользу Большого Взрыва
теория накапливалась и стала настолько сильной к 1980-м годам, что была принята практически всеми естественниками.
Однако то, что теория Большого взрыва верна, не обязательно решает вопрос о том, было ли у Вселенной начало. Остается возможность того, что взрыв, произошедший 14 млрд. лет назад, был лишь началом определенной части Вселенной или определенного
этапа в ее истории, а не началом Вселенной в целом. На самом деле, за прошедшие годы было предложено множество сценариев и теорий такого типа. Я кратко рассмотрю три из них: прыгающую вселенную, циклическую «экпиротическую» вселенную и «вечное
расширение».
Я упомянул, что в стандартной теории Большого взрыва у Вселенной есть
две возможные судьбы; он может расширяться навсегда или может достичь
максимального размера и схлопнуться до Большого Сжатия. Если последнее, то можно представить, что вместо того, чтобы вселенная погасла при Большом сжатии, как это обычно предполагается, она «отскакивает» и снова начинает расширяться. Если бы это произошло, то Большое сжатие стало бы Большим взрывом нового цикла Вселенной. Далее можно представить , что такие циклы расширения, сжатия, отскока и нового расширения продолжались вечно и будут продолжаться вечно в будущем. Этот сценарий был предложен самим Эйнштейном в 1930 году. Может ли он быть правдой? Почти наверняка нет по нескольким причинам.
Во-первых, много десятилетий назад физик-теоретик Ричард К. Толмен показал, что в такой скачущей Вселенной циклы становятся все длиннее и длиннее (из-за увеличения энтропии). Это означает, что они были короче и короче, чем дальше
в прошлое, и таким образом, что общая продолжительность всех прошлых циклов, сложенных вместе, была конечной. То есть даже в сценарии прыгающей вселенной у вселенной было начало. Во- вторых, энтропия Вселенной увеличивается с каждым циклом, и из количества энтропии, существующего в текущем цикле, можно заключить, что количество прошлых циклов было конечным. В-третьих, весьма сомнительно, чтобы коллапсирующая вселенная подпрыгнула, а не просто закончилась Сжатием. И в-четвертых, в 1998 году было обнаружено , что расширение Вселенной в настоящее время ускоряется (ученые, открывшие это, были удостоены Нобелевской премии по
физике за 2011 год), так что сомнительно, что расширение обратится вспять и приведет к коллапсу. вообще.
Интересную попытку возродить идею циклической вселенной предприняли около десяти лет назад Пол Стейнхардт и Нил Турок. В их сценарии (называемом «экпиротической вселенной») есть две параллельные вселенные, каждая из которых имеет три пространственных измерения, которые движутся навстречу друг другу через четвертое пространственное измерение, сталкиваются, отскакивают, расходятся, достигают максимального разделения, а затем снова движутся навстречу друг другу, бесконечно повторяя цикл. Эта идея позволяет избежать нескольких проблем исходного
сценария прыгающей вселенной. Во-первых, трехмерное пространство каждой
параллельной вселенной всегда расширяется, а колебания сжатия и расширения происходят только в четвертом пространственном направлении (которое мы не можем испытать или непосредственно наблюдать). Это позволяет сценарию согласовываться с тем фактом, что расширение наших трех пространственных измерений ускоряется и никогда не может повернуть вспять. Во-вторых, тот факт, что энтропия всегда возрастает со временем, уравновешивается тем, что объем трехмерного пространства также всегда увеличивается. Таким образом, энтропия может всегда возрастать, тогда как плотность энтропии (т.е. энтропия на единицу объема) может быть одинаковой в каждом цикле, и все циклы могут иметь одинаковую продолжительность.
Однако, какой бы умной ни была экпиротическая идея, она подвергалась резкой критике за то, что создает больше теоретических проблем, чем решает. И даже если она окажется жизнеспособной в качестве теории нашей вселенной, существует мощная теорема, доказанная физиками Борде, Гутом и Виленкиным, из которой следует, что
колебания такой экпиротической вселенной не могли продолжаться в течение бесконечного прошедшего времени. Должен быть первый цикл.
Еще одна попытка построить реалистичную теорию Вселенной без начала использует идею «вечного расширения», разработанную Андреем Линде. Идея состоит в том, что Вселенная в целом постоянно подвергается «экспоненциальному» расширению. (В основном это означает, что существует временная шкала T, так что каждый раз, когда проходит время T, Вселенная удваивается в размере.) Такое экспоненциальное расширение называется «инфляцией». Однако внутри этой постоянно раздувающейся вселенной постоянно образуются пузыри, внутри которых пространство расширяется гораздо медленнее, чем та часть вселенной, которую мы можем видеть, т. е. часть вселенной в пределах нашего «горизонта». (У нас есть горизонт, так как мы можем видеть только свет, который был испущен после Большого взрыва, и такой свет не может
пройти расстояние больше, чем примерно 14 млрд. световых лет).Другими словами, мы находимся внутри одного из этих пузырей, и он настолько огромен, что простирается далеко за пределы нашего горизонта. В этом сценарии Большой взрыв, произошедший 14 млрд. лет назад, был не началом всей Вселенной, а просто образованием нашего пузыря.
Следует отметить, что идея космологической инфляции была предложена не по прихоти или произвольно, а потому, что она разрешает некоторые очень сложные теоретические загадки космологии. Поэтому большинство космологов считают, что наша часть Вселенной подверглась инфляции в какой-то момент в прошлом. И было показано, что в широком классе теорий, если какая-то область Вселенной начинает раздуваться,
инфляция имеет тенденцию брать верх и приводить к вечной инфляции. Однако
почти все теоретики сходятся во мнении, что «вечная инфляция», хотя и может быть
«вечной в будущее», вероятно, не может быть «вечной в прошлом». Одной из причин такого вывода является упомянутая ранее теорема Борда, Гута и Виленкина.
Кажется невероятным, что мы когда-либо сможем определить
прямым наблюдением, было ли у Вселенной начало. Мы не можем увидеть, что произошло до Большого взрыва (если существовало «до»), потому что Большой взрыв стер все доказательства этого. И даже мы могли бы, как мы могли бы когда-либо сказать путем наблюдения, бесконечно ли прошлое, поскольку любое конкретное прошедшее событие, которое мы наблюдаем, должно было произойти конечное время назад? Тем не менее, как мы видели, имеются очень веские теоретические основания утверждать,
что вселенная, скорее всего, имела временное начало.
Это замечательное подтверждение религиозных идей. Языческие философы древности, в том числе Платон и Аристотель, считали, что Вселенная существовала всегда. Идея начала вселенной и самого времени вошла в западную мысль из
библейского откровения и из глубоких размышлений над ней таких богословов, как св. Августин. До ХХ века, однако, наука модерна указывала на другой путь. Идея
начала времени, казалось, не имела научного смысла, и казалось, что существуют определенные доказательства того, что материя, энергия, пространство и время всегда существовали и всегда будут существовать. Например, физики открыли закон сохранения энергии, который гласит, что «энергия не может быть ни создана, ни уничтожена». В химии было установлено, что количество вещества не меняется в химических
реакциях. В ньютоновской физике временная координата, как и пространственная, простирается от до.
К началу ХХ века многие ученые смотрели на идею начала Вселенной как на пережиток устаревших религиозных или мифологические представления о мире. Например, лауреат Нобелевской премии химик Сванте Аррениус в 1911 году сказал: «Мнение о том, что что-то может произойти из ничего, противоречит
современному состоянию науки, согласно которому материя неизменна». А выдающийся физик Вальтер Нернст (тоже лауреат Нобелевской премии) уверенно заявил, что «отрицать бесконечную продолжительность времени значило бы предать самые основы
науки». Когда наука действительно начала понимать (из общей теории относительности Эйнштейна), как время и пространство могут иметь начало, и астрономические наблюдения начали подсказывать, что это может быть правдой, многим атеистам было трудно принять это. И все же, несмотря на все сомнения и опасения ученых, похоже, что вселенная имела начало.
Столкнувшись с этим фактом, некоторые атеисты теперь возлагают надежды на то, что физика «объяснит» это начало. Они считают, что если бы можно было показать, что начало Вселенной было естественным, то можно было бы избежать необходимости в сверхъестественной причине Вселенной. Мы уже видели ошибку, связанную с таким мышлением. Начало вселенной, разворачивающееся в соответствии с законами природы, делает ненужным Творца не больше, чем начальные отрывки книги, разворачивающиеся в соответствии с законами грамматики, делают ненужным автора. Тем не менее научные
теории происхождения Вселенной интересны сами по себе, даже если они не могут выдержать того веса, который им хотят придать атеисты.
Квантовое сотворение вселенных
Наиболее многообещающим подходом к физическому «объяснению» возникновения вселенной является спекулятивная идея под названием «квантовое сотворение вселенных». Эта идея основана на аналогии с бесспорно реальным эффектом, называемым квантовым рождением частиц. Этот эффект звучит загадочно и глубоко (а может быть, так оно и есть), но это факт повседневной жизни, знакомый всем нам. Каждый раз, когда вы входите в темную комнату и включаете свет, вы вызываете
поток частиц, которые должны быть «созданы», а именно частицы света (называемые
«фотонами»). Другие виды частиц, даже массивные, составляющие то, что мы считаем обычной материей, такие как электроны или протоны, могут быть созданы, хотя они должны быть созданы в сочетании с «античастицами». Например, электрон может быть
создан вместе с антиэлектроном (называемым «позитроном»), а протон может быть создан вместе с антипротоном. Такое « создание пары» может происходить несколькими способами. Например, в сильном электрическом поле пара электрон-позитрон может внезапно появиться из «вакуума» в результате так называемой «квантовой флуктуации» или «квантового туннелирования».
Создание пары - хорошо понятный эффект, которое бесчисленное количество раз наблюдалось в лаборатории, и вероятность того, что оно произойдет при различных обстоятельствах, может быть точно рассчитана с помощью математического аппарата «квантовой теории поля». Когда электрон-позитронная пара «создается», она не возникает из ничего. Пара электрон-позитрон имеет энергию (включая ту, что каждая частица имеет от своей массы). Поскольку энергия «сохраняется», эта энергия должна откуда-то браться. Например, когда рождение пар происходит в сильном электрическом поле, происходит то, что часть энергии, запасенной в электрическом поле, преобразуется в энергию, связанную с массами электрона и позитрона. Начинают с электрического поля, а заканчивают электроном, позитроном и несколько более слабым электрическим полем. Это «творение» на самом деле является просто переходом материи и энергии из одной формы в другую.
В квантовой теории поля частицы - это «возбуждения» (или, если угодно, возмущения) «полей». Так, например, существует «электронное поле», которое простирается на все пространство и время. Когда это поле взволновано, в нем возникают волны, точно так же, как при волнении пруда возникает рябь. Квантовая механика утверждает, что волны и частицы - это два разных взгляда на одно и то же
Таким образом, создание ряби в электронном поле эквивалентно
производя электронные частицы (и античастицы). Мы можем продолжить аналогию с прудом. Неподвижный пруд и пруд, на котором есть рябь, - это одна и та же физическая система, находящаяся в разных состояниях волнения. Точно так же ситуация, в которой нет ни электронов, ни позитронов, и ситуация, когда есть электрон-позитронная пара (или несколько электрон-позитронных пар), на самом деле являются просто разными состояниями возбуждения одной и той же системы, а именно электронного поля.
На самом деле не следует думать об электронном поле изолированно. Это
просто часть большей системы, которая включает в себя множество других видов
полей, включая электромагнитные поля, поля нейтрино, гравитационные поля, кварковые поля и так далее. Когда интенсивное электрическое поле приводит к образованию пары электрон-позитрон, происходит то, что возмущение электромагнитного поля
вызывает возмущение поля электрона. Это похоже на то, как волнение воздуха (ветер) может вызвать волнение воды в пруду (рябь). Другими словами, большая система, охватывающая все виды взаимодействующих друг с другом полей, совершает переход из одного из своих многочисленных возможных состояний в другое.
В физике всегда рассматривается некоторая определенная «система», которая
имеет различные возможные «состояния» и подчиняется динамическим законам.
(которые зависят от природы конкретной системы) и всеобъемлющим принципам квантовой механики (которые применимы ко всем системам). Динамические законы и принципы квантовой механики позволяют вычислить вероятности перехода системы из одного состояния в другое. Система может состоять только из электронов, позитронов и электромагнитных полей (в этом случае динамические законы называются «квантовой
электродинамикой»). Или система может быть простым маятником, или атомом водорода, или всей вселенной.
Идея квантового создания вселенных доводит математику квантовой теории до ее логического предела -- и, возможно, даже за его пределами. Здесь рассматривается не просто пара частиц, внезапно появляющихся «в пустом пространстве» в результате квантовой флуктуации или квантового туннелирования, но вся вселенная — вместе
с ее пространством - появляющаяся таким образом. Под «вселенная» в данном
контексте понимается не «совокупность вещей», а скорее пространственно-временное
многообразие, в котором существуют поля, взаимодействующие друг с другом. Наша Вселенная, например, имеет одно временное измерение и по крайней мере три пространственных измерения (их может быть больше) и множество видов полей, включая поля электронов, нейтринные поля, кварковые поля, электромагнитные поля, гравитационные поля и так далее. Могут быть и другие вселенные того же типа. Идея в том, что можно пойти (через квантовую флуктуацию) от ситуации, в которой нет
вселенных, к ситуации, в которой есть одна вселенная; или, в более общем смысле, от ситуации с некоторым количеством вселенных к ситуации с другим количеством вселенных.
Сразу возникает несколько очевидных трудностей с этой идеей. Первая из них заключается в том, что переход от отсутствия вселенных к одной вселенной на первый взгляд может показаться нарушением закона сохранения энергии. Предположительно нулевые вселенные имеют нулевую энергию, тогда как одна вселенная имеет много энергии из-за всей содержащейся в ней материи. Однако оказывается, что «замкнутая
вселенная» (та, чье пространство замкнуто само на себя, как круг замыкается сам на себя) имеет нулевую полную энергию: положительная энергия материи уравновешивается отрицательной гравитационной энергией. Таким образом, изменение числа таких вселенных не нарушает закон сохранения энергии.
Вторая очевидная трудность связана со временем. В обычном расчете, использующем принципы квантовой физики, рассматривается система, совершающая переход из одного «состояния» в более ранний момент времени (например, сильное электрическое поле) в другое «состояние» в более позднее время (например, более слабое электрическое поле ). плюс пара электрон-позитрон). Однако, если мы говорим о переходе из «состояния нулевой вселенной» в «состояние одной вселенной», то в каком смысле состояние нулевой вселенной "ранее"? Действительно, в какое время существовало такое государство? Мы уже видели, что время (по крайней мере, как его понимают физики) является характеристикой вселенной: если нет вселенной, нет и времени. Если мы
посмотрим на вселенную, созданную квантовой флуктуацией, мы можем говорить о времени внутри этой вселенной и даже о начале этого времени, но не о времени «до вселенной». Мы должны быть осторожны, обсуждая такие сценарии попадания в
словесную ловушку, говоря, что «сначала» ничего не было, а «потом» что-то было. На самом деле такая же небрежная манера речи иногда встречается в богословских дискуссиях о «сотворении ex nihilo».
Когда Церковь учит, что Бог сотворил вселенную ex nihilo, она не говорит, что когда-то не было сотворенного (противоречие в терминах, как указывал св. Августин). Скорее, она говорит, что не было времени, когда существовала сотворенная вещь, которая предшествовала вселенной и из которой была создана вселенная. На самом деле смысл ex nihilo глубже. Она говорит не только о том, что вселенной ничего не предшествовало во времени , но и о том, что ее сотворение не предполагает ничего, кроме воли Бога.
Если это то, что означает творение ex nihilo, дают ли сценарии квантового творения физический механизм «творения ex nihilo», как некоторые, кажется, верят? Можно переформулировать вопрос следующим образом: не предполагают ли сценарии квантового сотворения «ничего» в объяснении происхождения Вселенной? Они определенно говорят о «состоянии» без вселенных. Но состояние без вселенных — это не ничто; это определенное нечто -- "состояние". И это состояние - лишь одно из многих состояний сложной физической системы. Эта система имеет состояния с разным количеством вселенных. И все эти состояния связаны друг с другом точными правилами: динамическими законами и принципами квантовой механики, управляющими системой.
Здесь может помочь аналогия. Есть разница между тем, что у меня есть банковский счет, на котором нет долларов, и тем, есть ли счет в банке вообще. Что касается моих финансов, то о них можно сказать как «ничего» или «нет денег»; но есть большая разница. Банковский счет, даже если на нем ноль долларов, это нечто. Это
предполагает, что есть банк и что у меня есть какой-то договор с этим банком. Эти факты, в свою очередь, предполагают наличие денежной и правовой системы. Таким образом, мой банковский счет - это маленькая подсистема гораздо большей и более сложной системы, которая управляется точными правилами. Моя учетная запись имеет различные «состояния»; состояние с нулевым количеством долларов, состояние с положительным числом долларов и даже состояние с отрицательным числом долларов (если моя учетная запись перерасход). Переходы между этими состояниями осуществляются не волей
-неволей, а способами, регулируемыми правилами банка. Например, если баланс отрицательный и опускается ниже некоторого порога, правило может предотвратить дальнейшие снятия средств и переходы в состояния с более отрицательным балансом. Состояние с положительным балансом может периодически переходить в состояние с более низким балансом из-за платы за обслуживание. Более того, правила могут разрешать переходы только между состояниями, содержащими деньги определенного типа: скажем, доллары, а не рубли, песо или евро. Более того, у меня может быть несколько банковских счетов с нулевыми остатками, возможно, счет в
американском банке с нулевыми долларами и счет в российском банке с нулем рублей. Это разные и различимые отчеты, что явно показывает, что каждый из них представляет собой нечто, а не ничто.
Точно так же даже разговор о «состоянии с нулевыми вселенными» предполагает многое, как мы видели, а именно управляемую правилами систему со многими возможными состояниями. В любом сценарии квантового сотворения правила, управляющие системой, позволяют «нулевому состоянию вселенной» совершать переходы в состояния с одной или несколькими вселенными, но только если эти вселенные имеют точные характеристики, такие, как определенное количество пространственных измерений и определенные виды полей -- точно так же, как правила моего банка могут разрешать только мой счет делать переводы в состояния с долларами, а не с евро. Я могу представить множество различных систем, управляемых правилами. В системе A правила могут допускать только состояния, вселенные которых имеют три пространственных измерения, тогда как в системе B правила могут разрешать только состояния, вселенные которых имеют десять пространственных измерений. «Состояние нулевой вселенной» системы А - это не то же самое, что «состояние нулевой вселенной» системы Б: они подчиняются другим правилам, которые наделяют их разными возможностями.
Таким образом, в системе А возникают и исчезают трехмерные вселенные, а в системе Б возникают и исчезают десятимерные вселенные. В этот момент можно
спросить, какая, если любая из этих систем реальна, а не гипотетична. Существуют ли на самом деле трехмерные вселенные, возникающие и исчезающие, так что математические законы системы А управляют реальными событиями? Существуют ли на самом деле десятимерные вселенные, возникающие и исчезающие, так что математические законы системы Б управляют реальными событиями? Может быть , верно одно или другое, а может быть, ни то, ни другое, а может быть, и то, и другое. Предположим, что система A реальна, тогда как система Б всего лишь гипотетическая. Что сделало реальной систему А, но не систему Б? Это вопрос «творения» в теологическом смысле этого слова: что придает реальности системе А, но не системе Б? И это вопрос, который математические правила системы А и системы В никак не могут ответить.
В своем бестселлере 1988 года «Краткая история времени» физик Стивен Хокинг правильно заметил, что теория физики - это «всего лишь набор правил и уравнений», а затем спросил: «Что вдыхает огонь в уравнения и создает для них вселенную для
описания? Обычный научный подход к построению математической модели не может ответить на вопрос, почему модель должна описывать Вселенную». Как ни странно,
кажется, что Хокинг забыл это ключевое открытие к тому времени, когда он стал соавтором книги «Великий замысел» в 2010 году. Теперь он думает, что
математическая модель может ответить на вопрос, почему для описания модели должна существовать вселенная. Абсурдность того, что не ускользнуло от внимания Хокинга-младшего, можно прояснить с помощью простой аналогии. Рассказ может быть художественным или историческим произведением; он может описывать реальные события или нет. История может рассказать о Стивене Хокинге, который родился в 1942 году и впоследствии стал известным физиком. Другая история может рассказать о Стивене Хокинге, который родился в 1842 году и стал премьер-министром Соединенного Королевства. Могу ли я определить, просто изучая слова двух рассказов, какой из них
описывает реальное положение дел? Имеют ли сами по себе простые слова той или иной истории силу сделать реальными события, о которых они рассказывают?
описывать? Означает ли тот простой факт, что вторая история рассказывает
о том, что что-то (например, Хокинг, будущий премьер-министр) появился на свет
в 1842 году, что описанное на самом деле произошло? Очевидно нет. И математическая модель, призванная описать вселенную, возникшую в результате квантовой флуктуации, не означает, что что-то подобное происходит на самом деле.
В общем, теоретические идеи, с помощью которых физики надеются когда-нибудь описать начало Вселенной, хотя и очень интересны и, возможно, правильны, не являются альтернативой Творцу, в Которого верят евреи и христиане. Этот Творец не является физическим механизмом или явлением. Он Даритель реальности.
Перевод (С) Inquisitor Eisenhorn
Свидетельство о публикации №222100100466