Кратчайшая история времени - Стивен Уильям Хокинг
Некоторые идут еще дальше, предлагая принять сильную версию антропного принципа. Согласно этой теории существует либо множество разных вселенных, либо множество разных областей в одной вселенной, каждая со своей начальной конфигурацией и со своим набором законов природы. Условия в большинстве этих вселенных не подходят для возникновения сложных организмов, и только в небольшом количестве вселенных вроде нашей возникают разумные существа, способные задать вопрос: «Почему Вселенная такова, какой мы ее видим?» Ответ прост: если бы она была иной, то нас бы в ней не было!
Мало кто будет оспаривать справедливость и полезность слабого антропного принципа, но против использования сильного антропного принципа для объяснения наблюдаемого состояния Вселенной есть ряд возражений. Например, в каком смысле можно говорить о существовании всех этих разных вселенных? Если они действительно отдельны друг от друга, то происходящее в другой вселенной не имеет никаких наблюдаемых проявлений в нашей. Поэтому следует использовать принцип экономии и исключить другие вселенные из теории. С другой стороны, если речь идет лишь о различных областях в единой вселенной, то законы природы должны быть одинаковы во всех областях, потому что иначе мы не могли бы непрерывно перемещаться из одной области в другую. В этом случае области различаются своими начальными конфигурациями и сильный антропный принцип сводится к слабому.
Антропный принцип дает нам возможный ответ на вопрос о том, почему лишние измерения в теории струн оказались свернутыми. Двух пространственных измерений недостаточно для обеспечения возможности зарождения таких сложных существ, как мы. Например, двумерным животным, живущим на окружности (поверхности двумерной земли), пришлось бы перелезать друг через друга, чтобы разойтись. А съев что-нибудь, двумерное существо не смогло бы полностью переварить это, ему пришлось бы выводить остатки еды из организма тем же путем, что и при ее поедании, потому что при наличии прохода через тело двумерный организм разделится на две отдельные половинки: наше двумерное существо попросту развалится. Аналогичным образом трудно представить себе кровообращение в двумерном существе.
Проблемы возникнут также в случае более трех пространственных измерений. В этом случае сила гравитационного притяжения между двумя телами уменьшалась бы с расстоянием быстрее, чем в случае трех измерений. (В трехмерном пространстве при увеличении расстояния вдвое сила притяжения уменьшается в четыре раза. В четырехмерном пространстве сила уменьшится в восемь раз, в пятимерном – в шестнадцать раз и т. д.) Эти различия важны, потому что орбиты планет, вращающихся, как Земля вокруг Солнца, оказываются неустойчивыми: из-за ничтожнейшего возмущения круговой орбиты (например, вызванного силой притяжения других планет) Земля начнет двигаться по спирали от Солнца или к Солнцу и в последнем случае в конце концов упадет на него. Так что мы либо замерзнем, либо сгорим. На самом деле такая зависимость силы тяготения от расстояния в случае более трех пространственных измерений означает невозможность существования Солнца в устойчивом состоянии при равновесии между давлением и силой тяжести. Солнце бы либо распалось, либо коллапсировало в черную дыру. В любом случае оно не смогло бы служить источником тепла и света для жизни на Земле. На меньших масштабах электрическая сила, которая удерживает электроны на орбитах вокруг атомного ядра, зависела бы от расстояния так же, как и гравитационная сила. Следовательно, электроны либо покинули бы атом окончательно, либо, двигаясь по спирали, упали бы на ядро Галактики. В любом случае атомов в привычном для нас понимании не было бы.
Похоже, стало ясно, что жизнь (во всяком случае в том виде, в каком мы ее знаем) может существовать только в таких областях пространства-времени, где одно временное и ровно три пространственных измерения не свернуты до малого размера. Это означает возможность привлечения слабого антропного принципа при условии, что удастся доказать, что теория струн как минимум допускает существование таких областей во Вселенной – и, похоже, это действительно так. Во Вселенной вполне могут быть и другие области. Также могут существовать другие вселенные (что бы это ни значило), где все измерения свернуты до малого размера или где количество почти плоских измерений больше четырех, но в таких областях и в таких вселенных не будет разумных существ, которые могли бы наблюдать это другое число эффективных измерений.
Кроме вопроса о числе измерений у теории струн есть еще одна проблема – существует как минимум пять различных теорий этого типа (две теории открытых струн и три теории замкнутых струн) и миллионы способов сворачивания лишних измерений, предсказываемых такими теориями. На каком основании следует выбрать ту или иную теорию струн и способ сворачивания измерений? Одно время казалось, что на это вопрос нет ответа, и прогресс застопорился. Потом, начиная примерно с 1994 года, ученые обнаружили так называемые дуальности: разные теории струн и разные способы сворачивания лишних измерений могли приводить к одинаковым результатам в четырех измерениях. К тому же кроме частиц, занимающих одну точку в пространстве, и струн, представляющих собой линейные объекты, были обнаружены и другие сущности под названием p-браны – двумерные объекты и объекты с большим числом измерений. (Частицу можно рассматривать как 0-брану, а струну – как 1-брану, но есть также p-браны с числом измерений от p = 2 до p = 9. 2-брану можно представить себе как своего рода двумерную мембрану. А вообразить себе брану больших размерностей труднее.) Это, похоже, свидетельствует о своего рода демократичном характере (в смысле равного права голоса) набора теорий суперграватации, теории струн и теорий p-бран: они, по-видимому, согласуются друг с другом, но при этом ни одна из них не может считаться более фундаментальной, чем другие. Похоже, они все представляют собой разные приближения к некой более фундаментальной теории, причем применимых в разных ситуациях.
Как важно быть трехмерным. Если пространственных измерений больше трех, орбиты планет становятся неустойчивыми, а значит, планеты должны либо упасть на Солнце, либо улететь из зоны его притяжения
Однако поиски этой лежащей в основе всех их теории до сих пор не увенчались успехом. Возможно, что единой формулировки фундаментальной теории вообще не существует, подобно тому, как Гедель показал невозможность построить математику на основе одного набора аксиом. Возможно, все напоминает ситуацию с картами – нельзя представить круглую поверхность земного шара или поверхность бублика на одной плоской карте: для Земли понадобятся как минимум две, а для бублика – четыре карты, чтобы охватить все точки соответствующей фигуры. Каждая карта годится только для ограниченной области, но у двух разных карт есть область