Физика двадцать первого века стоит на пороге признания, которое способно обрушить фундамент всего научного мировоззрения: то, что мы называем «законами природы», возможно, является лишь текущей версией космического программного обеспечения, которое Вселенная непрерывно обновляет.
Мы привыкли думать о физических законах как о чём-то высеченном в граните бытия. Скорость света, гравитационная постоянная, заряд электрона — эти величины кажутся нам такими же незыблемыми, как сама реальность. Школьные учебники преподносят их с почти религиозным благоговением, а учёные строят на них карьеры, теории и целые научные империи. Но что если этот величественный храм точных наук возведён на зыбучих песках? Что если константы, которые мы принимаем за абсолютные истины, на самом деле медленно дрейфуют сквозь время, словно континенты по поверхности планеты?
Эта идея звучит как научная ересь, и именно поэтому она заслуживает самого пристального внимания. История науки неоднократно демонстрировала: самые революционные открытия рождаются там, где кто-то осмеливается усомниться в очевидном.
Священные коровы науки
Современная физика покоится на фундаментальном допущении, которое редко подвергается сомнению: законы природы универсальны и неизменны. Гравитация работает одинаково в вашей кухне и в галактике за миллиарды световых лет отсюда. Постоянная Планка имела то же значение в момент Большого взрыва, что и сегодня. Электромагнитные взаимодействия подчиняются тем же правилам, что и четырнадцать миллиардов лет назад.
Откуда взялась эта уверенность? Если честно — из удобства. Наука нуждается в стабильных точках отсчёта, иначе любые измерения и прогнозы теряют смысл. Представьте себе архитектора, у которого метр каждый день имеет разную длину — какое здание он построит? Физики оказались в похожей ситуации: им требовался неподвижный фундамент для возведения теоретических конструкций.
Но удобство — не то же самое, что истина. Птолемеевская система с Землёй в центре мироздания тоже была удобной: она прекрасно объясняла движение светил и позволяла составлять календари. Проблема в том, что она была неверной. Нынешняя догма о неизменности физических законов рискует повторить судьбу геоцентризма — стать очередным заблуждением, порождённым человеческой склонностью принимать текущее состояние дел за вечный порядок вещей.
Самое занятное, что сама идея эволюции законов физики не нова. Ещё в тридцатых годах прошлого века великий Поль Дирак — один из отцов квантовой механики — выдвинул гипотезу больших чисел. Дирак обратил внимание на странные численные совпадения между космологическими и атомными величинами и предположил: гравитационная постоянная может уменьшаться по мере расширения Вселенной. Научное сообщество вежливо покивало и положило эту идею на дальнюю полку. Слишком неудобно. Слишком революционно. Слишком опасно для карьеры.
Бунтари с телескопами
Прошло почти столетие, и идея Дирака переживает неожиданный ренессанс. Группа австралийских астрофизиков под руководством Джона Уэбба в конце девяностых годов начала систематически изучать свет от далёких квазаров — сверхъярких объектов на краю наблюдаемой Вселенной. Их интересовала так называемая постоянная тонкой структуры — безразмерная величина, определяющая силу электромагнитного взаимодействия.
Результаты оказались, мягко говоря, провокационными. Анализ спектров квазаров показал: миллиарды лет назад постоянная тонкой структуры могла иметь несколько иное значение. Разница крошечная — около одной стотысячной доли процента — но статистически значимая. Иными словами, электромагнетизм в ранней Вселенной работал чуть-чуть иначе, чем сейчас.
Научное сообщество отреагировало предсказуемо: скептицизм, требования дополнительных проверок, обвинения в систематических ошибках. Всё это нормальная часть научного процесса. Ненормально другое — упорное нежелание всерьёз рассматривать возможность того, что данные говорят правду. Когда факты противоречат теории, учёные почему-то предпочитают сомневаться в фактах.
Между тем теоретическая физика давно готова к такому повороту событий. Теории струн и различные модели квантовой гравитации допускают существование дополнительных измерений пространства, свёрнутых до субатомных масштабов. В этих моделях фундаментальные константы нашего мира определяются геометрией скрытых измерений. И если эта геометрия медленно меняется — а почему бы ей не меняться? — то вместе с ней дрейфуют и физические константы.
Джон Барроу, британский космолог и популяризатор науки, посвятил значительную часть карьеры изучению возможных вариаций констант. Его работы показывают: даже минимальные изменения в значениях фундаментальных величин могут иметь драматические последствия для структуры материи. Сдвиньте постоянную тонкой структуры на несколько процентов — и химия станет невозможной. Атомы не смогут образовывать стабильные молекулы. Жизнь, какой мы её знаем, окажется нереализуемой.
Космические улики
Космологи располагают уникальным инструментом для проверки гипотезы об эволюции констант — реликтовым излучением. Это древнейший свет во Вселенной, испущенный примерно через 380 тысяч лет после Большого взрыва. Анализируя его характеристики, учёные могут судить о физических условиях в младенческой Вселенной.
Современные измерения реликтового излучения — в первую очередь данные космических телескопов WMAP и Planck — накладывают жёсткие ограничения на возможные вариации констант. Если бы фундаментальные величины сильно отличались в ту эпоху, это оставило бы характерный отпечаток в структуре реликтового фона. Пока таких явных следов не обнаружено, что заставляет скептиков торжествовать.
Однако победа скептиков может оказаться преждевременной. Отсутствие больших вариаций не исключает малых. Вселенная вполне могла «тонко настраивать» свои параметры на протяжении миллиардов лет, не оставляя грубых следов. К тому же реликтовое излучение рассказывает нам только о первых сотнях тысяч лет космической истории. Что происходило потом — совсем другой вопрос.
Особенно интригующими выглядят данные о дипольной анизотропии постоянной тонкой структуры. Команда Уэбба обнаружила, что вариации константы имеют пространственную структуру: в одном направлении Вселенная демонстрирует более сильное электромагнитное взаимодействие, в противоположном — более слабое. Это напоминает космический градиент, словно Вселенная неоднородна в своих фундаментальных свойствах.
Если эти данные подтвердятся независимыми наблюдениями — а работа в этом направлении активно ведётся — последствия будут революционными. Мы привыкли считать Вселенную изотропной: одинаковой во всех направлениях. Нарушение этой симметрии потребует радикального пересмотра космологических моделей.
Время как скульптор реальности
Философские последствия гипотезы об эволюции законов физики простираются далеко за пределы академических дебатов. Под угрозой оказывается сама концепция объективной реальности в том виде, в каком мы её понимаем.
Западная научная традиция унаследовала от древних греков представление о логосе — универсальном разумном принципе, управляющем космосом. Законы физики воспринимались как современная инкарнация этого принципа: вечные, неизменные, существующие независимо от материи, которой они управляют. Эйнштейн, хоть и был агностиком, говорил о желании «узнать мысли Бога» — и это не было метафорой. Он действительно верил в существование окончательной теории, описывающей неизменную структуру реальности.
Но что если никакой окончательной теории не существует? Что если законы физики — не вечные истины, а процессы? Не статичные правила игры, а сама игра, разворачивающаяся во времени и непрерывно изобретающая собственные правила?
Такой взгляд радикально меняет статус физики как науки. Вместо поиска окончательных уравнений она превращается в изучение текущего состояния космической эволюции. Вместо открытия вечных истин — в описание временных закономерностей. Физик уподобляется не математику, доказывающему теоремы, а биологу, документирующему видовое разнообразие. Только виды в данном случае — это сами законы природы.
Некоторые философы идут ещё дальше. Они предполагают, что время является более фундаментальной категорией, чем пространство или материя. Законы физики — продукт временной эволюции, а не её рамка. Вселенная не подчиняется законам — она их создаёт, постоянно экспериментируя с новыми формами организации материи и энергии. Мы живём не в часовом механизме, а в творческом процессе.
Мы живём в черновике
Антропный принцип — одна из самых спорных идей современной космологии — приобретает совершенно новое звучание в контексте эволюционирующих законов. Традиционная формулировка гласит: мы наблюдаем Вселенную с определёнными свойствами, потому что только в такой Вселенной могли появиться наблюдатели. Константы тонко настроены для существования жизни — и это либо грандиозное совпадение, либо свидетельство разумного замысла, либо следствие существования бесконечного множества вселенных с разными параметрами.
Но если законы физики эволюционируют, появляется четвёртый вариант: космический естественный отбор. Вселенные, порождающие чёрные дыры — а значит, новые вселенные — с большей вероятностью передают свои «гены» потомству. Законы физики, благоприятные для формирования звёзд и чёрных дыр, наследуются и закрепляются. Постепенно космос «учится» создавать условия для сложных структур, включая жизнь.
Эта идея, предложенная физиком Ли Смолином, звучит безумно. Но не безумнее, чем квантовая механика звучала сто лет назад. И не безумнее, чем дарвиновская эволюция звучала для викторианских джентльменов. Великие научные революции всегда начинаются с идей, которые кажутся нелепыми.
Что ждёт нас в будущем, если гипотеза подтвердится? Трудно сказать. Возможно, законы физики продолжат дрейфовать, и через триллионы лет Вселенная станет совершенно непохожей на нынешнюю. Химические элементы утратят стабильность. Звёзды погаснут раньше или позже, чем мы рассчитываем. Само пространство-время может изменить свои свойства.
Или, напротив, эволюция законов достигла устойчивого состояния, и мы живём в эпоху космической стабильности — краткий миг равновесия между бурным прошлым и непредсказуемым будущим. В любом случае мы оказываемся не в законченном творении, а в черновике, который продолжает редактироваться.
Вселенная оказалась хитрее, чем думали физики. Вместо застывшего кристалла вечных законов она преподнесла нам живой организм, меняющийся и развивающийся. Это не повод для отчаяния — это приглашение к интеллектуальному приключению. Если законы физики действительно эволюционируют, перед нами открывается бездна новых вопросов. Почему они меняются? В каком направлении движется эта эволюция? Существует ли «аттрактор», к которому стремятся все возможные законы? Можем ли мы предсказать будущее физических констант?
Наука двадцать первого века только начинает подступаться к этим вопросам. Возможно, уже следующее поколение исследователей получит инструменты, способные дать окончательный ответ. А может быть, мы навсегда останемся в неведении — обречённые жить по правилам, которые понимаем лишь частично и которые могут измениться в любой момент. Впрочем, это ли не самое честное описание человеческого положения во Вселенной?