Имеет большое значение тот факт (который существующими теориями не учитывается), что при малых масштабах имеет значение соотношение неопределенностей квантовой механики. Им можно пренебречь только при больших масштабах и малой кривизне пространства-времени. Но где взять квантовую теорию гравитации? Мы даже не знаем, какой она должна быть.
В классической общей теории относительности имеется три варианта Вселенной:
—
существующая вечно, то есть бесконечно долго в прошлом и будущем;
—
имеющая начало и конец в определенных промежутках времени;
—
периодическая во времени.
Моя работа двадцатилетней давности (выполненная вместе с Пенроузом) свидетельствует, при разумных допусках, в пользу второго варианта. Вселенная должна была начаться с сингулярности, состояния с бесконечной кривизной. Произошло это около пятнадцати миллиардов лет назад.
В квантовой теории гравитации для искривленного пространства-времени возможна конечная протяженность без границ в пространстве и времени. Получается что-то вроде земной поверхности, только с двумя добавочными измерениями. В самом деле, поверхность Земли конечна, но краев не имеет.
В 1983 ГОДУ Я СОВМЕСТНО с Д. Хэртлом выдвинул гипотезу: «Граничное условие для Вселенной состоит в том, что она границ не имеет». Это означает, что она замкнута в самой себе, не нуждается во внешнем воздействии для своего «начала» и даже для выбора характера этого «начала». Законы физики, имеющие силу в каждой ее точке, полностью определяют «поведение» Вселенной.
Мы уже уподобили пространство- время поверхности Земли. Тогда время можно сравнить с градусами географической широты. В самом деле, параллели исходят из Северного полюса, по мере продвижения к экватору расходятся все шире, а затем снова стягиваются по мере приближения к Южному полюсу. На Северном полюсе, однако, нет ни края, ни сингулярности. Аналогично, начало и конец времени должны быть обычными точками пространства- времени, где действуют физические законы.
Уже произведены (в том числе и мною лично) примерные расчеты, свидетельствующие о том, что вначале Вселенная была в упорядоченном состоянии. Она, однако, не могла быть полностью однородной в пространстве, это нарушало бы соотношение неопределенностей в квантовой теории. Но тогда во Вселенной должны были быть малые отклонения от средних величин (флуктуации) плотности и скорости. Условие отсутствия границ требует, чтобы эти колебания были очень малыми, соответствующими соотношению неопределенностей. Вселенная должна была начаться с экспоненциального, «инфляционного» расширения, когда она увеличилась в размерах во много раз. В этот период флуктуации плотности, вначале малые, должны были начать возрастать. И те области Вселенной, где плотность несколько превышала среднюю, замедляли свое расширение за счет притяжения внешней массы. В конечном счете расширение таких областей прекратилось, заменилось сжатием, сформировались галактики, звезды — и существа, нам подобные. Существование термодинамической стрелы говорит о том, что начинаться Вселенная должна была в «гладком» и упорядоченном состоянии, а потом превратилась в беспорядочную и комковатую.
Что произойдет, если расширение Вселенной сменится сжатием? Станет ли «наводиться порядок» во Вселенной, обернется ли вспять термодинамическая стрела? Будут ли люди видеть самосклеивающиеся чашки? Смогут ли они, скажем, вспоминать завтрашние цены и пытать счастья на бирже?
Вначале я думал, что беспорядок действительно должен уменьшаться. Но, как потом было показано моим коллегой Д.Пейджем, условие отсутствия границ этого не требует. Обратное сжатие в упорядоченное, однородное состояние гораздо менее вероятно, чем сжатие в сильно неупорядоченное, «комковатое». И термодинамическая «стрела времени», таким образом, вспять не обратится.
НО ВОПРОСЫ ОСТАЮТСЯ. А почему, собственно, термодинамическая и космологическая стрелы указывают в одном направлении? Почему мы должны находиться в фазе расширения, а не сжатия? Думаю, что условия при фазе сжатия для мыслящих существ неподходящи. Дело в том, что Вселенная не сможет сжиматься уж очень долго — это следует из теории «инфляции». К тому времени завершат свое существование все звезды, да и тяжелые частицы распадутся на легкие и излучение. Вселенную охватит полный беспорядок, и никакой термодинамической «стрелы» не будет. Но ведь «стрела времени» необходима для жизнедеятельности — мы потребляем пищу (упорядоченную форму материи) и превращаем ее в тепло (неупорядоченную форму).
ЕСЛИ ВЫ ЗАПОМНИТЕ все слова этой статьи, в вашей памяти окажутся зафиксированными примерно 150 тысяч бит информации. Упорядоченность в структуре вашего мозга возрастёт. Но в то же самое время ваш организм преобразует около 300 тысяч джоулей энергии, содержавшейся в пище, в менее упорядоченную форму — тепло, рассеиваемое в окружающий воздух. Это увеличило беспорядок во Вселенной на 3x1024 бит, что в двадцать миллионов миллионов миллионов раз превышает увеличение порядка в мозгу.
«— Если вам нечего делать, — сказала она с досадой, — придумали бы что- нибудь получше загадок без ответа. А так только попусту теряете время!
—
Если бы ты знала Время так же хорошо, как я, — сказал Болванщик, — ты бы этого не сказала. Его не потеряешь! Не на такого напали!
—
Не понимаю, — сказала Алиса.
—
Еще бы! — презрительно встряхнул головой Болванщик. — Ты с ним небось никогда и не разговаривала!
—
Может, и не разговаривала, — осторожно отвечала Алиса. — Зато не раз думала, как бы убить время!
-А-а! Тогда все понятно, — сказал Болванщик. — Убить Время! Разве такое ему может понравиться! Если б ты с ним не ссорилась, могла бы просить у него все, что хочешь. Допустим, сейчас девять часов утра — пора идти на занятия. А ты шепнула ему словечко и — р-раз! — стрелки побежали вперед! Половина второго — обед!»
Льюис Кэрролл. «Алиса в Стране чудес».
Перевод Н. Демуровой.
ЗАВТРА
Витамины-контрабандисты
Американские биохимики создали новый метод внедрения в живую клетку больших молекул, таких как антитела, протеины и гены, без повреждения клеточной структуры. Методика может оказаться необычайно перспективной для борьбы с раком и диабетом. «Мы изобрели нечто вроде настоящего троянского коня, которого можно использовать, чтобы «протащить» нужную молекулу в любую растущую клетку», — говорит Филипп Лоу, возглавлявший группу исследователей. В современной фармакологии используются небольшие молекулы, проникающие в клетку через мембрану или естественную транспортную систему, но большие молекулы не могут попасть в клетку подобным образом. Методика Лоу заключается в присоединении большой активной молекулы к молекуле витамина группы В, тогда «контрабандное» вещество проникает в клетку по естественной транспортной системе.
Возможные сферы применения нового метода — введение инсулина и вакцин (в
Вы читаете «Если», 1993 № 10
