В стенах Института теоретической физики Perimeter состоялась масштабная лекция, посвященная эволюции космологических взглядов на происхождение и устройство Вселенной. Спикер, посвятивший работе в институте около 18 лет, представил детальный разбор ключевых научных дискуссий — от исторического противостояния теории Большого взрыва и стационарного состояния до современных дебатов вокруг космической инфляции, теории струн и петлевой квантовой гравитации. Материал опирается на многолетние исследования автора и его новую научно-популярную книгу, созданную в соавторстве с известным популяризатором науки.
📚 Битва за книгу: от банковских отчетов к тайнам космоса 0:00
Спикер приветствует аудиторию и отмечает, что за 18 лет работы в Института Perimeter он впервые выступает здесь с публичной лекцией, чувствуя себя одновременно как дома и испытывая совершенно новые эмоции. В качестве введения он предлагает слушателям задуматься над вопросом: «Что является самой старой вещью, которую вы можете помнить?». К этой загадке докладчик обещает возвращаться на протяжении всего выступления.
История создания новой книги началась в 2018 году, когда спикер получил неожиданное электронное письмо от Фила Халпера (известного на YouTube под псевдонимом Skydive Phil). Халпер представился продюсером серии некоммерческих образовательных фильмов, посвященных ранней Вселенной. Изучив его деятельность, докладчик обнаружил, что этот энтузиаст умудряется брать многочасовые интервью у настоящих гигантов физики и космологии — от Стивена Хокинга и Алана Гута до Роджера Пенроуза.
В итоге их сотрудничество вылилось в создание научно-популярного видео о переменной скорости света, в котором приняли участие такие ученые, как Стефан Александр, Жуан Магейжу, Ли Смолин и Джон Моффат. По словам спикера, большинство людей ошибочно полагают, будто Большой взрыв был абсолютным началом всего, однако большая часть профессиональных космологов так не считает.
Спустя шесть лет совместной работы и вынужденного перерыва на пандемию, результатом их коллаборации стал выпуск книги, которая официально вышла в свет в конце мая. Рассказывая о соавторе, спикер упоминает любопытный факт из его биографии:
- В прошлом Фил Халпер был успешным банкиром.
- Заработав крупное состояние, он досрочно ушел на пенсию.
- После этого он решил целиком посвятить себя своей главной страсти — любительской астрономии и космологии ранней Вселенной.
Шутя о трудностях издания научно-популярной литературы, докладчик отмечает, что на этом поле битвы всегда остаются «тела и призраки». Например, на платформе Amazon уже можно найти другую копию их книги от альтернативного издательства.
🇨🇦 Битва при Ватерлоо: 25 лет Институту Perimeter 5:53
Спикер вспоминает, как 18 лет назад он и его жена Газал (также физик-теоретик) впервые прибыли в канадский город Ватерлоо в статусе постдоков. Он иронизирует, что если бы в момент их приезда у них родился ребенок, то сегодня он бы уже оканчивал среднюю школу. Как раз в 2006–2007 годах Ватерлоо официально признавали «самым интеллектуальным сообществом в мире», но, как в шутку добавляет лектор, сразу после их прибытия эта победная серия прервалась.
Сам Институт Perimeter отмечает свое 25-летие, поскольку его официальная история началась в октябре 2000 года благодаря щедрой поддержке канадского предпринимателя Майка Лазаридиса. В состав самой первой исследовательской группы института входили:
- Роб Спеккенс (присутствующий в зале на лекции);
- Ли Смолин (празднующий на этой неделе свое 70-летие);
- Фотини Маркопулу.
Для тех, кто хочет глубже погрузиться в кулуарные битвы и историю основания института, спикер рекомендует к прочтению книгу его первого директора Ховарда Бертона.
Особое внимание докладчик уделяет фигуре Ли Смолина, который оказал колоссальное влияние на дух Института Perimeter. Смолин является автором как минимум пяти всемирно известных научно-популярных книг. По словам лектора, создание такого института мирового уровня потребовало огромных усилий, «пота и крови». Две работы Смолина — «Неприятности с физикой» (The Trouble with Physics) и «Жизнь космоса» (The Life of the Cosmos) — напрямую связаны с фундаментальными космологическими спорами.
💥 Битва за Большой взрыв: канадская несправедливость и упрямые ученые 10:37
Историческая битва за концепцию Большого взрыва развернулась в 1920-х годах. Американский астроном Эдвин Хаббл использовал революционное открытие Генриетты Ливитт, которая обнаружила зависимость между периодом пульсации и светимостью цефеид. Измеряя циклы изменения блеска этих звезд в удаленных галактиках, астрономы смогли вычислять их истинную яркость, а затем, сопоставляя ее с видимой яркостью, определять точное расстояние до них.
Хаббл открыл прямую линейную зависимость между скоростью удаления галактик и расстоянием до них. Впоследствии ученые, включая бельгийского священника и физика Жоржа Леметра, доказали, что в рамках общей теории относительности Эйнштейна это указывает на то, что Вселенная не статична, а расширяется.
В результате в космологии сформировалось два непримиримых лагеря:
- Сторонники Жоржа Леметра. Он утверждал, что если повернуть время вспять, то в прошлом вся материя должна была быть сжата в одну точку, которую он назвал «первобытным атомом».
- Лагерь сэра Фреда Хойла. Влиятельный британский астрофизик из Кембриджа категорически отвергал эту гипотезу. По мнению Хойла, идея «первобытного атома» слишком сильно напоминала религиозную историю о сотворении мира (что усугублялось духовным саном Леметра).
Опираясь на космологический принцип Коперника, Фред Хойл утверждал, что человечество не может жить в какое-то «особенное» время, а значит, Вселенная должна выглядеть одинаково в любую эпоху. Он предложил модель стационарной Вселенной (Steady State), согласно которой по мере расширения пространства в вакууме непрерывно рождается новая материя, сохраняя среднюю плотность неизменной. Именно Хойл в ходе своего популярного радиошоу на BBC иронично ввел в оборот термин «Большой взрыв», хотя сам позже утверждал, что вовсе не пытался кого-то высмеять.
Экспериментальная точка в этом споре была поставлена с открытием реликтового излучения (космического микроволнового фона). Если Вселенная в прошлом была горячей и плотной, она должна была излучать свет, который по мере расширения и охлаждения космоса превратился в микроволновый шум. Арно Пензиас и Роберт Вильсон из Bell Labs случайно зафиксировали этот однородный фоновый сигнал с температурой около 2,7 Кельвина (-270 °C), за что в 1978 году получили Нобелевскую премию.
Однако спикер указывает на колоссальную историческую несправедливость: за 25 лет до американцев, в 1940 году, канадский астроном Эндрю Маккеллар опубликовал работу, где на основе анализа межзвездных молекул рассчитал температуру космической среды, получив те же самые 2,7 Кельвина. К моменту вручения Нобелевской премии Маккеллар уже скончался от лимфомы, так и не узнав, что фактически стал первооткрывателем реликтового излучения.
Тем не менее, Фред Хойл до конца жизни не отказался от своих убеждений. Его выдающийся ученик Джаянт Нарликар продолжал развивать концепцию «квазистационарной Вселенной», выпустив совместную статью с Хойлом в 1993 году. В 2014 году Нарликар провел год в Институте Perimeter во время своего научного отпуска. На своих лекциях он сравнивал большинство космологов с косяком канадских гусей, бездумно летящих за лидером в рамках модели Большого взрыва, и призывал мыслить независимо.
Нарликар ушел из жизни в середине мая 2026 года. По словам лектора, эта история ярко иллюстрирует знаменитый афоризм Макса Планка:
«Новая научная истина торжествует не потому, что ее оппоненты убеждаются и видят свет, а скорее потому, что они со временем умирают, а вырастающее новое поколение изначально с ней знакомо».
🎈 Битва за инфляцию: космический мультиверс и сингулярность 21:29
Что же представляет собой Большой взрыв в современном понимании? Это концепция, согласно которой вся материя изначально находилась в состоянии горячего и плотного «первобытного супа», после чего началось стремительное расширение. По мере охлаждения под действием гравитации стали формироваться крупномасштабные структуры, звезды и галактики. Докладчик подчеркивает критически важную деталь: Большой взрыв произошел не в какой-то конкретной точке пространства — он случился одновременно везде, поэтому у нашей Вселенной нет географического центра.
Экстраполяция этого расширения на 13,7 миллиарда лет назад приводит физиков к математической сингулярности — моменту, когда плотность стремится к бесконечности, а привычные законы природы полностью теряют смысл. Спикер напоминает, что такие понятия, как «сингулярность», «инфляция» и «квантовые флуктуации» в учебниках — это во многом лишь теоретические маркеры (placeholder), призванные заполнить пробелы в нашем фактическом незнании.
Теорема о неизбежности сингулярности была математически доказана Стивеном Хокингом и Роджером Пенроузом на основе четырех фундаментальных допущений:
- Гравитация всегда носит исключительно притягательный характер.
- Вселенная имеет три пространственных и одно временное измерение.
- Путешествия во времени в прошлое физически невозможны.
- Полностью справедлива общая теория относительности Эйнштейна.
Однако сегодня, как подчеркивает лектор, космологи (включая самого Пенроуза и Хокинга в конце его жизни) постепенно отказываются от тех или иных пунктов этой четверки. Таким образом, даже факт существования сингулярности в прошлом сейчас ставится под сомнение.
Данные со спутника Planck показали, что реликтовое излучение невероятно однородно: его температурные колебания составляют всего одну стотысячную долю. Это порождает «проблему горизонта»: в рамках стандартного расширения у противоположных краев Вселенной просто не было времени для обмена световыми сигналами, чтобы выровнять температуру.
Для решения этой загадки Алексеем Старобинским, Андреем Линде и Аланом Гутом была предложена теория космической инфляции. Согласно их гипотезе, в течение крошечной доли секунды ($10^{-32}$ с) Вселенная испытала экспоненциальное расширение, увеличившись в размерах на 30 порядков (примерно на 60 e-фолдингов). Этот процесс растянул микроскопические квантовые флуктуации до космических масштабов, сформировав наблюдаемые неоднородности.
Тем не менее, инфляционная модель сталкивается с жесткой критикой, поскольку она практически неизбежно приводит к концепции вечной инфляции и формированию «мультиверса» — бесконечного множества изолированных карманных вселенных, параметры которых невозможно экспериментально проверить.
Это привело к так называемым «инфляционным войнам» на страницах научных журналов. Физики Ави Лёб, Пол Стейнхардт и Анна Идstandard опубликовали в журнале Scientific American статью, где утверждали, что инфляция из-за своей принципиальной непроверяемости перестала быть полноценной наукой. Это вызвало резкий коллективный протест со стороны Хокинга, Гута и Линде. В качестве альтернативы Пол Стейнхардт и бывший директор Института Perimeter Нил Тьюрок предложили циклическую модель Вселенной, где Большой взрыв заменен периодическими процессами сжатия («большого хруста») и последующего отскока.
🕸️ Битва струн и петель: квантовая гравитация на экране и в жизни 36:07
Главным «священным Граалем» фундаментальной физики остается построение теории квантовой гравитации, способной объединить общую теорию относительности и квантовую механику. Спикер объясняет суть конфликта на примере аналогии с двумя воображаемыми микроскопами:
- Микроскоп Гейзенберга. В квантовом мире для изучения сверхмалых объектов требуются частицы с высокой энергией и экстремально короткой длиной волны.
- Микроскоп Эйнштейна. Общая теория относительности постулирует: если сконцентрировать колоссальную энергию в крошечном объеме, вы создадите черную дыру, что лишь безвозвратно ухудшит пространственное разрешение.
На стыке этих подходов, в районе Планковской энергии, все существующие математические модели современной физики дают сбой.
Сегодня в научном сообществе сформировался целый «зоопарк» альтернативных подходов, активно разрабатываемых в том числе и в Институте Perimeter: теория струн, петлевая квантовая гравитация (LQG), причинные множества, асимптотическая безопасность, причинная динамическая триангуляция и гравитация Хоравы-Лифшица.
Это соперничество даже стало частью массовой культуры, получив отражение в популярном ситкоме «Теория Большого взрыва», где Шелдон Купер яростно отстаивает доминирование теории струн, а Лесли Уинкл аргументированно защищает петлевую квантовую гравитацию. Спикер с улыбкой подтверждает, что подобные споры ежедневно происходят на верхних этажах их института. В свое время Ли Смолин даже написал весьма радикальную книгу «Неприятности с физикой: взлет теории струн, падение науки и что за этим следует».
Внутри самого лагеря петлевой квантовой гравитации тоже нет единства мнений относительно сингулярности. Из трех отцов-основателей LQG (Ли Смолин, Абхай Аштекар и Карло Ровелли) Аштекар убежден, что петлевая космология полностью разрешает проблему сингулярности, заменяя ее отскоком, в то время как Смолин и Ровелли относятся к этому скептически. Бывший постдок института Парам Сингх успешно развивает программу петлевой космологии, доказывающую исчезновение сингулярности, однако другой видный специалист Мартин Божовальд утверждает, что этот математический аппарат не работает.
Жена докладчика, Газал, вместе со своими студентами развивает собственную оригинальную модель «Каскутан» (Cascutan, названную в честь растения-паразита повилики). Ей удалось показать, что если сделать скорость звуковых волн в ранней Вселенной математически бесконечной, то можно полностью избежать сингулярности, не создавая при этом физических нестабильностей.
В теории струн также существуют свои альтернативные сценарии — от концепции «газа струн» до космологии бран (braneworlds), предполагающей, что наша Вселенная является многомерной мембраной, плавающей в более масштабном пространстве. Еще один перспективный подход — голографическая космология, в которой само время рассматривается не как фундаментальная сущность, а как эмерджентное свойство, родившееся непосредственно в процессе Большого взрыва.
Наконец, ученые продолжают спорить о возможности создания машин времени. Профессор Принстона Ричард Готт утверждает, что существование замкнутых временеподобных кривых физически допустимо, тогда как Стивен Хокинг возражал, что квантовые эффекты должны полностью блокировать такие петли. Спикер совместно со своей студенткой Элизабет Гулд разработал математическую модель, в которой вся Вселенная глобально представляет собой циклическую машину времени: расширяясь до бесконечности, она топологически отображается сама на себя в бесконечно малом масштабе, замыкая временной цикл.
☯️ Битва науки и религии: кто запер воображение в смирительную рубашку? 45:40
В завершение лекции спикер поднимает глубокие философские и мировоззренческие вопросы, касающиеся взаимоотношения космологии и религии. По его мнению, при отсутствии твердых эмпирических доказательств физики часто рискуют неосознанно скатываться к квазирелигиозным догмам и устраивать настоящие крестовые походы под видом защиты своих научных теорий.
С другой стороны, представители теологии и религиозные апологеты активно используют концепцию Большого взрыва в качестве научного доказательства бытия Бога (например, в рамках каламского космологического аргумента, утверждающего, что у всего, что имеет начало, должна быть первопричина).
Однако современное академическое сообщество относится к идее абсолютного начала времени с огромным скепсисом. Анонимный экспресс-опрос, проведенный среди 80 профессиональных физиков на недавней конференции, показал примечательные результаты:
- Менее 20% ученых считают, что теория Большого взрыва доказывает наличие абсолютного начала времени.
- 68% опрошенных заявили, что Большой взрыв строго свидетельствует лишь об одном — в прошлом Вселенная была гораздо горячее и плотнее, чем сейчас.
Вместо концепции разумного замысла физики ищут естественные альтернативы, такие как идея мультивселенной или предложенная Ли Смолиным теория космологического естественного отбора (космического дарвинизма). Согласно Смолину, новые вселенные рождаются внутри черных дыр, а физические константы эволюционируют от поколения к поколению таким образом, чтобы максимизировать число рождающихся черных дыр.
Спикер предлагает красивое определение:
«Наука — это воображение в смирительной рубашке».
Потребуется немало времени, чтобы понять, какие из безумных теоретических идей смогут удержаться в жестких рамках этой «рубашки» экспериментального метода. Окончательный вердикт вынесет сама природа. В ближайшие годы планируются и уже реализуются колоссальные наблюдательные эксперименты, которые на порядки точнее картографируют реликтовый фон, распределение галактик и, возможно, зафиксируют первичные гравитационные волны от самого Большого взрыва.
В финальном слове лектор подчеркивает, что настоящая битва разворачивается не между коллегами-учеными внутри институтов или за их пределами. Наша главная и истинная борьба — это преодоление собственного невежества на пути к постижению космоса, неотъемлемой частью которого является и само человечество со всеми его проявлениями, включая науку, искусство и философию.
