ВЕРА В ВЕЧНЫЕ ИСТИНЫ

На практике значения физических констант со временем изменяются, но в теории все они считаются неизменными. Противоречия между теорией и практикой отметаются без какого-либо обсуждения — на том основании, что все различия между теоретическими и экспериментальными значениями физических констант появляются вследствие ошибок эксперимента, а поэтому значения, полученные в результате последних лабораторных опытов, считаются самыми точными. От прежних значений отказываются и со временем их забывают.

Что, если значения физических констант действительно изменяются? Возможно ли, что меняются сами основополагающие принципы природы? Перед тем как задуматься над этим вопросом, необходимо определиться с самым фундаментальным положением науки, какое нам известно, — с верой в единообразие природы. Для убежденного сторонника этой теории сама постановка вопроса звучит абсурдно: постоянные являются постоянными по определению.

Большинство физических констант измерены в одном только уголке Вселенной, и только в течение последних нескольких десятилетий, причем реальные результаты измерений непредсказуемым образом варьировались. Утверждение, что значения всех констант остаются постоянными независимо от места и времени измерения, не является экстраполяцией полученных результатов. Такая экстраполяция выглядела бы весьма странно. Значения констант, полученные в результате измерений на Земле, значительно изменились за последние пятьдесят лет, и у нас слишком мало доказательств, позволяющих утверждать, что нигде во Вселенной эти константы не менялись в течение последних 15 миллиардов лет. Сам факт, что такое предположение практически не обсуждается и принимается без доказательств, показывает, насколько в науке укоренилась вера в вечные истины.

В соответствии с традиционными научными воззрениями, в природе все управляется фиксированными законами и неизменными константами. Законы природы остаются одними и теми же в любое время и в любом месте. Строго говоря, это означает, что они находятся вне времени и пространства. В таком случае законы природы ближе к «идеям» в понимании Платона, чем к развивающейся материи. Они игнорируют материю, энергию, поля, пространство и время. Короче говоря, они не содержат в себе ничего. Они нематериальны и находятся вне физического существования. Так же как идеи Платона, они лежат в основе всех явлений в качестве скрытой причины, или «логоса», пребывающего вне времени и пространства.

Разумеется, каждый согласится, что законы природы в том виде, как они формулируются учеными, меняются со временем, поскольку старые теории частично или полностью заменяются новыми взглядами. Например, теория всемирного тяготения, выдвинутая Ньютоном, рассматривала силу, зависимую от расстояния, которая действовала в абсолютно неизменных и независимых друг от друга времени и пространстве. Затем на смену ей пришла теория Эйнштейна, в которой гравитационное поле состоит из связанной структуры искривленного пространства-времени. Но и Ньютон, и Эйнштейн разделяли веру Платона в то, что во всех естественных науках в основе сменяющих друг друга теорий лежат истинные вечные законы, универсальные и непреложные. Никто из них не сомневался в постоянстве констант, и во многом их всемирная слава обусловлена достижениями в этой области: Ньютон ввел в практику гравитационную постоянную, а Эйнштейн произвел расчеты, которые позволили объявить скорость света в вакууме — с — абсолютной константой. В современной теории относительности с является математической константой, параметром, равным отношению единиц пространства к единицам времени. Его значение является постоянным по определению. Вопрос о том, может ли скорость света в вакууме отличаться от значения с, теоретически иногда рассматривается, но всерьез никого не интересует.

Для основателей современной науки — Коперника, Кеплера, Галилея, Декарта и Ньютона — законы природы были неизменными Идеями в Божественном Разуме. Бог для этих ученых был своего рода математиком. Открытие математических законов природы представлялось непосредственным проникновением в сущность вечного Божественного Разума.^[229] Такое отношение к законам природы встречается и у современных физиков.^[230]

К концу XVIII в. многие высокообразованные люди приняли новое мировоззрение, названное деизмом. Оно предполагает, что над миром стоит бесконечно удаленное, рациональное, математически точное божество, которое не смущает верующего живыми чертами библейского Бога. Это высшее существо познается человеческим разумом, не нуждающимся ни в Божественном откровении, ни в религиозных организациях. Божество деизма создало Вселенную, после чего уже не играет в ней активной роли: все происходит само по себе в соответствии с законами и константами природы. Эти законы, как свойства Божественного Разума, стали символами божества. Они были абсолютными, универсальными, неизменными и всемогущими. В начале XIX в. деизм постепенно стал уступать место атеизму. Как выразился французский физик Анри Лаплас, Бог стал «ненужной гипотезой». Вечность материи и энергии подтверждалась законами сохранения материи и энергии. Вечность законов природы и неизменность физических констант просто принимались без доказательств. Нематериальные математические принципы природы считались беспричинными, самостоятельными, сложившимися неким таинственным образом. По сути дела, они признавались только самими математиками.

Вплоть до 60-х гг. XX в. в ортодоксальной физике Вселенная все еще считалась вечной. Однако в течение нескольких десятилетий накапливались доказательства расширения Вселенной, а в 1965 г. открытие космического микроволнового фонового излучения в конце концов привело к грандиозному перевороту в космологии. Была принята теория Большого взрыва. На смену вечной машиноподобной Вселенной, постепенно приближающейся к термодинамической тепловой смерти, пришла модель растущего, развивающегося, эволюционирующего космоса. Если некогда произошло рождение космоса (первоначальная «сингулярность», как выражаются физики), вновь появляются прежние вопросы. Откуда и из чего появилось все, что находится вокруг нас? Почему Вселенная такова, какова она есть? Появляется и новый вопрос: если сама природа эволюционирует, почему вместе с ней не могут эволюционировать и ее законы? Если законы описывают изменяющуюся природу, они должны изменяться вместе с ней. Большинство физиков продолжают следовать традиционному подходу Платона. Законы не рождаются самим эволюционирующим космосом, а вводятся для его описания. Они присутствуют изначально, как своего рода космический «кодекс Наполеона». Каким-то образом из вечной, нефизической, чисто умозрительной области — из разума математического божества, а то и просто из некоего самосущего царства математики — в первичном взрыве из пустоты появляется Вселенная. Вот как описывает это физик Хайнц Пагельс:

«Полное отсутствие чего-либо «перед» образованием Вселенной — это самая абсолютная пустота, какую мы только можем себе представить: не существует ни пространства, ни времени, ни материи. Это мир без места, без длительности и вечности, без какой бы то ни было размерности — одним словом, то, что математики называют "пустым множеством". И все-таки эта невообразимая пустота преобразуется в пространство, заполненное веществом, — как необходимое следствие физических законов. Где же хранились эти законы, пока была пустота? Что «сообщило» пустоте, что она хранит в себе потенциальную Вселенную? Получается, что даже пустота подчиняется закону, некой логике, существовавшей еще до того, как появились пространство и время».^[231]

Пытаясь создать математическую теорию окружающего мира, современные ученые признают эволюционную космологию, но в то же время сохраняют традиционную веру в вечность законов природы и инвариантность фундаментальных констант. Таким образом получается, что эти законы каким-то образом уже присутствовали в мире еще до первоначальной сингулярности — или, вернее, они вообще существуют вне времени и пространства. Тем не менее вопросы остаются. Почему эти законы существуют именно в таком виде, а не в каком-либо ином? Почему фундаментальные константы имеют именно те значения, которые мы им приписываем?

В настоящее время подобные вопросы обычно рассматриваются с точки зрения антропного принципа: из всех возможных вариантов Вселенной только один, именно с тем набором величин, которые мы определили в настоящее время, мог породить мир, населенный живыми существами, и привести к появлению разума, позволяющего специалистам по космологии обсуждать эти проблемы. Если бы значения фундаментальных констант были иными, вполне возможно, что не было бы ни звезд, ни планет, ни людей. Даже при самом малом изменении численных значений этих констант нас могло бы вообще не быть. Например, при малейшем изменении соотношения ядерных и электромагнитных сил образование атомов углерода могло оказаться невозможным, но тогда не было бы и органических форм жизни, а следовательно, и нас с вами. «"Священный Грааль" современной физики — объяснение, почему числовые значения этих констант (…) именно таковы, каковы они есть».^[232]

Некоторые физики склоняются к своего рода неодеизму со стоящим в начале мира математическим божеством, которое точно подобрало значения фундаментальных констант таким образом, чтобы из всех возможных вариантов реализовалась именно наша Вселенная, в которой мы смогли развиваться. Другие предпочитают вообще исключить любое божество. Одна из теорий, исключающих необходимость вмешательства со стороны некоего математического разума, задавшего численные значения фундаментальных констант, — предположение, что наша Вселенная была лишь частью «пены» потенциальных вселенных. Первоначальный «пузырек», из которого она выросла, был одним из многих, но при этом она должна была иметь собственные константы, что и подтверждается самим фактом нашего существования. Каким-то образом наше существование стало возможно благодаря некоему отбору. Допускается существование бесчисленного множества еще не известных нам чужеродных и безжизненных вселенных, но имеется всего одна, которую мы можем познать.

Еще дальше в таких предположениях продвинулся Ли Смолин, который выдвинул своего рода концепцию космического дарвинизма. Через черные дыры новорожденные вселенные могут отпочковываться от ранее существовавших вселенных и продолжать существование уже самостоятельно. Некоторые из этих вселенных могут претерпевать определенные мутации в области численных значений фундаментальных констант и потому изменять схему развития. Только те из них, которые могут образовывать звезды, способны создавать черные дыры и поэтому давать жизнь новым вселенным. Таким образом, с точки зрения космического «плодородия», только вселенные, подобные нашей, являются репродуктивными, и потому возможно существование множества более или менее сходных между собой обитаемых вселенных.^[233] Однако эта умозрительная теория не объясняет, почему какие-либо вселенные в принципе должны существовать, чем именно определяются управляющие ими законы, что именно сохраняет, содержит в себе и запоминает мутировавшие константы в отдельно взятой вселенной.

Примечательно, что все эти на первый взгляд чрезвычайно смелые рассуждения остаются вполне традиционными в том отношении, что без каких-либо доказательств признают существование вечных законов и неизменность фундаментальных констант — по крайней мере, в пределах данной конкретной вселенной. Эти устоявшиеся допущения рассматривают постоянство числовых значений фундаментальных констант как изначальную истину. Неизменность констант становится разновидностью веры, основанной на философии Платона и теологии. Тем не менее этот тезис до сих пор остается недоказанным. Официальные значения констант изменялись даже в течение нескольких последних десятилетий. Все попытки измерить эти константы с использованием различных астрономических методов основывались все на том же устойчивом предположении, что численные размеры констант уже заданы, то есть на концепции универсального постоянства природы. Далее я попытаюсь продемонстрировать, что такие представления о физических константах в той или иной степени основываются на одних и тех же, раз за разом повторяемых аргументах. Тем не менее «неисправленные» эмпирические данные имеют мало общего с воззрениями убежденных ортодоксов, и, если измерения показывают отклонение от ожидаемой величины константы, что бывает не так уж редко, результаты считаются ошибкой эксперимента. Самые последние результаты считаются наиболее близкими к «истинному» значению той или иной константы.

Некоторые отклонения в определяемом экспериментальном значении действительно могут быть следствием ошибок, и такие ошибки сводят на нет все улучшения в методах измерения и все усовершенствования приборов. Кроме того, все измерения имеют свои ограничения точности. Но не все отклонения в измеренных численных значениях фундаментальных констант являются следствием неизбежных ошибок или ограниченной точности использованной аппаратуры. Могут быть и вполне реальные отклонения. В эволюционирующей вселенной можно вполне обоснованно предположить эволюцию фундаментальных констант. И эти изменения численных значений констант могут оказаться не только хаотическими, но и циклическими.

ТЕОРИИ ИЗМЕНЯЮЩИХСЯ «ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ КОНСТАНТ»

Несколько физиков — к примеру, Артур Эддингтон и Поль Дирак — после долгих размышлений пришли к выводу, что по крайней мере некоторые из «фундаментальных констант» могут со временем изменять свои значения. В частности, Дирак высказал предположение, что численное значение гравитационной постоянной (G) может со временем уменьшаться, так как по мере расширения Вселенной уменьшается сила тяжести.^[234] Однако все, кто высказывает подобные предположения, обычно спешат добавить, что ничуть не сомневаются в постоянстве законов природы, а лишь предполагают, что эти вечные законы управляют изменением констант.

Более радикальная гипотеза состоит в том, что эволюционируют сами законы. Философ Альфред Норт Уайтхед подчеркивает, что, если отбросить идею Платона об управляющих природой законах и рассмотреть сами природные закономерности, напрашивается вывод, что они непременно должны эволюционировать вместе с природой:

«Поскольку законы природы зависят от отдельных характеристик составляющих ее объектов, изменения этих объектов неизбежно должны повлечь за собой изменения законов. Таким образом, современный эволюционный образ физической Вселенной должен включать законы природы, которые изменяются синхронно с объектами, составляющими окружающий мир. Поэтому концепция Вселенной как эволюционирующего субъекта с неизменными вечными законами должна быть отброшена».^[235] Я предпочитаю вообще избегать термина «закон», предполагающего образ божества как некоего верховного законодателя. Более близкой к истине мне представляется идея, что упорядоченность природы подобна привычке или обычаю. Гипотеза морфического резонанса предполагает, что природе присуща совокупная память. Природа не находится под воздействием некоего внешнего математического разума, а руководствуется привычками, подчиняющимися принципу естественного отбора.^[236] При этом некоторые обычаи устойчивее других. К примеру, привычные природе структуры атомов водорода по своему происхождению чрезвычайно древние и имеют широчайшее распространение во всех уголках Вселенной — а привычный образ гиены таковым не является. Гравитационное и электромагнитное поля, атомы, галактики и звезды управляются древнейшими обычаями, возникшими в самый ранний период истории Вселенной. С этой точки зрения «фундаментальные константы» являются количественным выражением глубоко укоренившихся обычаев. На начальных стадиях они могли меняться, но после многократных повторений все более и более приближались к некоему фиксированному значению, и в конце концов их численное значение могло стать более или менее постоянным. В этом отношении гипотеза обычая или привычки находится в согласии с общепринятым допущением о постоянстве констант, хотя объясняет это постоянство совершенно иначе.

Даже если отбросить идею эволюции фундаментальных констант, останутся по крайней мере две причины, по которым возможно изменение их численных значений. Во-первых, эти значения могут зависеть от астрономического окружения, которое изменяется при движении Солнца внутри галактики и по мере удаления самой нашей галактики от всех остальных. Во-вторых, значения констант могут колебаться или флуктуировать. Возможно даже, что флуктуации происходят в хаотическом режиме. Современная теория хаоса дала возможность отойти от устаревшего детерминизма и осознать, что хаотическое движение в большинстве областей природы — явление вполне обычное.^[237] С самого зарождения физики и до сих пор — под влиянием глубоко укоренившегося платонизма — константы оставались неизменными. Но что, если эти константы неупорядоченным образом изменяются?

Специалисты по метрологии вовсе не отметают гипотезу о том, что фундаментальные постоянные в ходе миллионов лет могут хотя бы в незначительной степени изменяться. Предпринимались различные попытки оценить эти возможные изменения каким-либо косвенным методом — к примеру, путем сравнения световых волн, приходящих к нам от относительно близких галактик и звезд, со световыми волнами от объектов, расположенных на расстоянии многих миллионов, а то и миллиардов световых лет. В основе таких методов лежит предположение, что систематические изменения численных значений фундаментальных констант, даже если они существуют, должны быть очень незначительными. Но проблема в том, что косвенные методы оценки зависят от многих допущений, влияние которых невозможно оценить непосредственно. Косвенное доказательство постоянства фундаментальных констант в той или иной мере опирается на одни и те же аргументы. Более подробно я рассмотрю это доказательство, когда речь пойдет о каждой из рассматриваемых констант.

Даже если средние значения констант окажутся устойчивыми в течение длительного времени, конкретные значения могут отклоняться от средней величины в результате изменений во внеземном пространстве или вследствие хаотических флуктуации. Каковы же реальные факты?