Коротко


Подробно

Фото: Science Photo Library/Eastnews

"Нужны безумные идеи"

Елена Кудрявцева и Владимир Тихомиров беседуют с математиком Роджером Пенроузом

Знаменитый математик объяснил "Огоньку", почему мы живем в бесконечном мире, обреченном на циклическое повторение одних и тех же событий


Роджер Пенроуз в свое время был одним из самых молодых ведущих профессоров математики Оксфордского университета. Его научные книги стали бестселлерами, а перечень наград и званий займет не одну страницу — кажется, нет такой математической премии в мире, которую бы не получил Пенроуз. 20 лет назад плеча этого застенчивого человека коснулась шпагой сама королева Великобритании, она произвела его в рыцари — за многочисленные заслуги в науке. Другой бы на месте Пенроуза в свои почти 82 года давно почивал на лаврах, отдыхая от трудов. Но несколько лет назад сэр Пенроуз поставил на кон свою репутацию, бросив вызов всей мировой науке, физике и космологии и даже Стандартной модели мироздания. Теории Большого взрыва профессор Пенроуз противопоставил свою теорию циклической Вселенной, которую научный мир принял с насмешкой — настолько она невероятна и парадоксальна. Но сэр Пенроуз, как и положено настоящему рыцарю, не унывает, а продолжает путешествовать по миру, рассказывая скептически настроенным коллегам о своих наблюдениях. На днях профессор Пенроуз побывал и в Москве.

— Расскажите о вашей новой теории циклической Вселенной, согласно которой наш мир периодически то исчезает, то затем вновь возрождается...

— Этой гипотезе всего несколько лет, но она основана на идеях, которые я сформулировал довольно давно. Меня долгие годы занимал один парадокс, возникающий после соединения теории Большого взрыва с фундаментальным вторым законом термодинамики, согласно которому со временем в мире возрастает энтропия — мера беспорядка. То есть если вы станете смотреть в прошлое, во время зарождения Вселенной, то должны, по идее, увидеть все больше и больше упорядоченной материи. Но мы видим совершенно обратную картину, и об этом парадоксе почему-то не любят говорить физики и космологи. И тогда я понял, что для объяснения этого противоречия нужно выйти за рамки привычной теории возникновения и эволюции Вселенной.

Не первая и не последняя


— Простите, но, насколько известно из школьного курса физики, второй закон термодинамики актуален только для закрытых систем. То есть вы полагаете, что наша Вселенная является закрытой системой?

— Это очень тонкий вопрос. Да, с одной стороны, наша Вселенная бесконечна, и этот факт является доводом против того, что наша Вселенная является закрытой системой. С другой же стороны, не существует и пространства вне границ Вселенной — и этот довод в пользу того, что наш мир может рассматриваться как закрытая система. Для себя это противоречие я решил следующим образом: во всех построениях я рассматриваю Вселенную как разомкнутую структуру, в которой тем не менее работает второй закон термодинамики.

— Как именно проявляется в нашем мире увеличение хаоса?

— Прежде всего я хочу, чтобы вы поняли концепцию Стандартной модели строения Вселенной. Итак, предполагается, что начальная точка мироздания — это Большой взрыв: более 13,7 млрд лет назад абсолютное ничто внезапно каким-то непонятным образом сгустилось до состояния сингулярности, то есть до точки, характеризующейся бесконечно большой плотностью и температурой. Этот шарик сингулярности начал расширяться с бешеной скоростью — отсюда и термин "инфляция Вселенной". И этот процесс, как мы знаем, сопровождается остыванием Вселенной и возрастанием упорядоченности. Впрочем, у Эйнштейна не было уверенности, что Вселенная расширяется или суживается, но его теория самым непосредственным образом говорила о том, что Вселенная не может быть неподвижной. И тогда он ввел в систему уравнений некий антигравитационный коэффициент — космологическую константу, которую он обозначил греческой буквой лямбда. Именно благодаря этой константе космос представлялся полностью статичным, хотя позже Эйнштейн признался, что введение лямбды стало его самой большой научной ошибкой, иное дело, что даже ошибки Эйнштейна гениальны и позволяют развивать космологию в правильном направлении.

Сегодня мы знаем, что Вселенная непрерывно расширяется. Более того, инфляционная теория говорит, что Вселенная не просто расширяется, но расширяется со все возрастающей скоростью, а это полностью опровергает всю теорию мироздания. Согласитесь, за 13 млрд лет инерция разлета звездных скоплений должна была неизбежно ослабнуть, а действие гравитационных сил привести к схлопыванию пространства. Но этого почему-то не происходит, и объяснения данному феномену не существует. И это происходит в нарушение фундаментального второго закона термодинамики, который говорит, что беспорядок в системе все время увеличивается, а мера этого беспорядка — энтропия — возрастает.

— Каким образом мы можем увидеть рост этой вселенской энтропии?

— Вот представьте стакан, который вы неосторожно поставили на край стола. Стакан балансировал-балансировал, потом упал на пол и разбился. Если бы в нашем мире действовали в полном объеме законы классической ньютоновской механики, то этот процесс можно было бы описать и в обратной последовательности — ведь законы ньютоновской механики симметричны и обратимы в отношении времени, и для законов механики нет никакой разницы, идут ли часы вперед или назад. То есть в идеальном мире ньютоновской механики мы могли бы стать свидетелями того, как стакан сам собой организуется из кусочков стекла в единое целое и взлетает на край стола. Но это описание невозможно, это чушь и ересь, потому что даже ребенок знает, что таких физических процессов в нашем мире не происходит. Это и есть проявление энтропии — увеличение беспорядка в системе согласно второму закону термодинамики. Другой вопрос, что мы видим явный парадокс: никто из физиков не описывает падение стакана в категориях ньютоновской механики, но при этом используют законы этой механики для описания расширения Вселенной.

Далее, если же мы представим себе эволюцию разбившегося стакана в двухмерной системе координат, где на оси абсцисс будет отложено время существования Вселенной, а на оси ординат — энтропия, и попробуем двигаться против течения времени, то мы неизбежно обнаружим в самом начале нашего графика Большой взрыв. И тогда нам неизбежно придется признать, что Большой взрыв обладал практически нулевой энтропией. То есть Большой взрыв — это бесконечно сложная и упорядоченная форма материи.

— Звучит как доказательство творения Вселенной...

— Именно, иначе во Вселенной не работал бы второй закон термодинамики. Но с другой стороны, что мы знаем о моменте сингулярности? Это такой уникальный момент и такое уникальное место в истории Вселенной, где не работают никакие физические законы. Все становится бесконечным: и температура, и время, и плотность — все. Также этот момент характеризуется так называемым тепловым равновесием: при бесконечной температуре все объекты теряют свою массу. Это момент максимально возможной энтропии. И что же у нас получается? Одновременно Большой взрыв это и полное отсутствие энтропии, и ее максимальное проявление. Согласитесь, что-то в этих теориях нечисто. Наконец, есть так называемое реликтовое излучение — картина ранней Вселенной, которую мы можем наблюдать и даже фотографировать. Излучение беспорядочно, его энтропия очень велика.

— Реликтовое излучение — это свет, оставшийся от Большого взрыва?

— Да, это световые волны, только за прошедшие миллиарды лет фотоны света остыли и превратились в слабые радиоволны. Анализ этого излучения показывает облик Вселенной в тот момент, когда ее возраст насчитывал всего 100 тысяч лет. Конечно, ее устройство существенно отличалось от современного — не было еще ни звезд, ни галактик, а в облаках прото-материи мы обнаружили концентрические паттерны. Мой ученик, а теперь и коллега Пол Тодд предположил, что это следы, оставшиеся на поверхности так называемой темной материи от предыдущего расширения и сжатия Вселенной. Но для того, чтобы такая картина в юной Вселенной сложилась, нужно расширить ее историю за пределы Большого взрыва, предположить, что что-то было и раньше.

А значит, мы живем в циклической Вселенной. Это становится очевидно, если посмотреть на пространство Вселенной с точки зрения конформной геометрии, математической теории, в которой имеют значение не расстояния, а углы, тогда вы убедитесь, что Вселенная вовсе не похожа на тот конус, как ее часто изображают в популярных научных журналах. Нет, бесконечно расширившаяся Вселенная похожа на ствол бамбука, состоящий из отрезков-эонов, и конец одной эпохи совпадает с началом другой. И если теперь вспомнить, что Вселенная постоянно расширяется, получится: то, что нам казалось историей нашего мира, которая начинается с Большого взрыва и дальше продолжается до бесконечности, это на самом деле только один эон из бесконечного циклического существования Вселенной. До нашего эона был другой эон, его бесконечность стала Большим взрывом нашего эона. А когда наш эон расширится до бесконечности, это станет Большим взрывом следующего эона. И так далее. В конечном счете Вселенная — в широком смысле — не меняется, она проходит через циклы: Большой взрыв — расширение — Большой взрыв и так далее.

Большой взрыв еще будет


— Вы говорите, что Большой взрыв следует за расширением до бесконечности. То есть, по логике, наш эон просуществует бесконечно долго?

— Понимаете, тут есть один фокус, связанный с природой времени. Пока в нашем мире есть материя, обладающая массой, мы можем сделать часы и вести отсчет времени. Уравнение Эйнштейна и уравнение Планка связывают массу частицы с частотой ее колебания, а значит, каждая имеющая массу частица, например электрон,— это маленькие и очень точные часики. Но если во Вселенной не останется массы, если все превратится в фотоны, в свет, то никаких часов и времени просто уже не будет. Вероятно, с точки зрения человека, это будет очень унылая эпоха. Очень унылая, очень долгая и очень скучная, хотя я и не представляю, как фотоны могут скучать...

— Куда же пропадет все вещество нашей Вселенной?

— Мой друг Стивен Хокинг доказал, что через много-много-много лет (математики в этом случае используют такое понятие, как "гугл", это единица со 100 нулями) все вещество поглотят сверхмассивные черные дыры. Кстати, одна из таких черных дыр находится как раз в самом центре нашей Галактики — ее масса в четыре миллиона раз больше Солнца. И рано или поздно, но черная дыра съест нашу Солнечную систему — вернее, то, что от нее останется после того, как Солнце потухнет. Потом пройдет еще гугл лет, и во Вселенной останутся одни черные дыры, которые, как доказал Хокинг, тоже рано или поздно исчезнут — когда температура расширившейся Вселенной станет ниже температуры самих черных дыр. Как только наш эон остынет до такого состояния, в эволюции черных дыр случится радикальный разворот: вместо того, чтобы поглощать материю, они станут ее испускать — в виде электронов и фотонов. И вот когда последняя истощенная черная дыра схлопнется, во Вселенной не останется ни единой частицы материи. Тогда и наступит конец старого эона и начало нового.

— Как так?

— Когда-то в нашей Вселенной не станет массы, это будет похоже на момент Большого взрыва, когда во Вселенной еще никакой массы не было. Вот сейчас на Большом адронном коллайдере нашли бозон Хиггса, но для этого пришлось задействовать настолько большую энергию, что в камере БАК практически дошли до того уровня, где у элементарных частиц только возникает масса — при помощи так называемого поля Хиггса, которое и тормозит стремительное движение элементарных частиц, наделяя это чистое движение массой. Конечно, во время рождения Вселенной и состояния "теплового равновесия" температура была во много крат больше, чем в коллайдере. А вот то, что в будущем во Вселенной не останется массы, это уже моя гипотеза, призванная объяснить, как наш эон соединится со следующим. Хотя, конечно, далеко не все эту теорию разделяют.

— Многие физики называют ваши идеи безумными...

— Ну что ж, посмотрите вокруг: разве то, что происходит в природе, это не безумие? Посмотрите на квантовую механику — это же полнейшее безумие, но квантовая механика работает, хотя нормальный человек не способен понять, как именно. Именно безумные идеи двигают вперед науку, потому что, для того чтобы объяснить этот безумный мир, нужны еще более безумные идеи. Так это работает.

— Но есть ли какие-либо доказательства у вашей теории? Ведь сегодня все космологические модели говорят о невозможности узнать, что было до Большого взрыва и было ли вообще...

— Уверен, что реликтовое излучение сохранило в себе свидетельства невероятно мощных катаклизмов прошлых эонов. Что это за катаклизмы? Например, столкновения сверхмассивных черных дыр. Вот ожидается, что через много-много миллиардов лет наша галактика, вернее, уже не сама галактика, а сверхмассивная черная дыра, поглотившая нашу с вами галактику, столкнется с другой черной дырой, образовавшейся из Туманности Андромеды. Это будет взрыв вселенских масштабов, который должен сопровождаться выделением невероятного количества энергии — в основном в виде возмущения гравитационного поля, потому что иного поля тогда уже и не останется. И вот следы этого события, которые уже в новом эоне перейдут в возмущения темной материи, вполне смогут преодолеть границу между Вселенными. И сегодня, изучая карту реликтового излучения, мы видим следы глобальных катастроф из прошлых эонов.

Вопрос для Бога


— Недавно вы заявили, что все эксперименты по созданию искусственного интеллекта не имеют никого смысла, потому что искусственный интеллект в принципе создать нельзя.

— Да, это так. Искусственный интеллект невозможен, потому что в мозге во время процесса мышления возникают квантовые эффекты, которые невозможно повторить на компьютере. И дело даже не в самих квантовых эффектах, а в том, что они нарушаются, и это оказывает какое-то влияние на наше сознание. Видите ли, когда я был студентом, то в мире была популярна идея, что люди — это такие сложные компьютеры. Но меня уже тогда смущала в этой концепции какая-то неправильность. Повзрослев, я понял, что алгоритмами можно объяснить в лучшем случае работу мозжечка, управляющего нашими мускулами при ходьбе, и не более. А вот наше сознание никакими алгоритмами объяснить невозможно.

— Вы очень разносторонний человек: занимаетесь и физиологией человека, и космологией, и физикой, и математикой. Откуда у вас это стремление — объединять темы самых разных наук?

— Думаю, что и космология, и теория сознания вышли из моих студенческих хобби. Когда я учился в Кембриджском колледже Святого Джона, я ходил на лекции по самым разным наукам — мне казалось, что математика сама по себе слишком скучна, чтобы посвящать ей всю жизнь. Потратил кучу времени. Мне даже довелось слушать лекции самого Дирака, одного из классиков квантовой механики, хотя у Дирака я тогда ничего не понял.

— Предположим, что вы сможете встретиться с Господом Богом лично. Что бы вы у него спросили?

— Я надеюсь, вы спрашиваете не потому, что мне уже перевалило за 80? Нет? А если серьезно, я бы задал Богу кучу вопросов. И главный вопрос о том, являются ли мировые константы и те численные значения, которые есть в нашем мире, случайно установленными или это результат какой-то встроенной в мир математики? И какой в этом мире смысл?

Беседовали Елена Кудрявцева, Владимир Тихомиров


Открывая вселенную

Хронология

Только за минувшие 100 лет люди узнали о строении мира больше, чем за все предыдущие тысячелетия


1914 — астроном Мелвин Слайфер при помощи спектрографа провел измерение движения всех окрестных галактик. И пришел к выводу, что из 25 соседних туманностей и галактик большая часть мчится от Земли.

1915 — Альберт Эйнштейн формулирует общую теорию относительности, где вводится "космологическая постоянная".

1917 — астроном Эдвин Хаббл создает модель расширения Вселенной: "Галактики можно уподобить конфетти, облепившим воздушный шар. Если тот начнет раздуваться, а затем лопнет, то бумажные кружочки не продолжат плавно раздвигаться, а разлетятся в разные стороны".

1927 — физик Жорж Леметр сформулировал теорию Большого взрыва, согласно которой Вселенная расширяется из единого центра.

1937 — астроном Фриц Цвики, наблюдавший в телескоп за вращением галактик в скоплении Волосы Вероники, формулирует теорию о существовании антигравитационной "темной энергии", ответственной за растаскивание матери во Вселенной в разные стороны.

1948 — американский физик российского происхождения Георгий Гамов предсказал существование фонового микроволнового (реликтового) излучения — это "эхо" Большого взрыва.

1965 — экспериментальное подтверждение существования реликтового излучения.

2001 — космический радиотелескоп WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) впервые произвел подробный снимок реликтового излучения.

2010 — физик Ваге Гурзадян, работавший по программе эксперимента BOOMERanG, обнаружил кольцевые структуры на карте реликтового излучения.

2012 — физики Роджер Пенроуз и Ваге Гурзадян выдвинули теорию циклической Вселенной.

Рыцарь космологии

Визитная карточка

Роджер Пенроуз родился в Англии в 1931 году. Его бабушка — бывшая подданная Российской империи, уехавшая из России сразу после революции. Родители Пенроуза — ученые-генетики (отец Лайонел был членом Королевского научного общества), поэтому нет ничего удивительного, что Роджер и оба его брата посвятили себя науке (Джонатан стал психологом, а Оливер — математиком). В 1957 году Роджер окончил университет в Кембридже. Причем, еще будучи студентом, Пенроуз написал работу о двух классических невозможных фигурах — невозможном треугольнике и бесконечной лестнице, которые принесли ему мировую известность. Сегодня Роджер Пенроуз возглавляет кафедру математики Оксфордского университета, а также является почетным профессором многих зарубежных университетов, членом Лондонского королевского общества, а за выдающиеся заслуги в развитии науки ему был присвоен рыцарский титул. Также Пенроуз написал две книги: "Новый ум короля" (о процессах мышления) и "Путь к реальности" (комментарии к законам физики).

Тэги:

Обсудить: (0)

рекомендуем

Наглядно

все спецпроекты

актуальные темы

все темы

Социальные сети

все проекты

обсуждение