ДРЕВНИЙ МИР РНК

Институт белка РАИ и Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Основываясь на современных представлениях о многофункциональности РНК, автор рассматривает ряд новых механизмов, участие которых в происхождении и эволюции древнего мира РНК могли играть критическую роль. Так, реакция спонтанной трапсэстерификации полирибонуклеотидов, открытая А.Б. Четверипым с сотрудниками, могла приводить к удлинению первичных коротких олигорибонуклеотидов и к генерации вариантов последовательностей для последующего естественного отбора случайно возникающих функционально активных молекул. Далее, образование смешанных молекулярных колоний РНК на влажных твердых средах типа глин могла обеспечить компартментализацию ансамблей функционально активных РНК в отсутствие оболочек и мембран, что было необходимо для дальнейшей эволюции формирующегося мира РНК. Систематическое экспоненциальное обогащение популяции РНК функционально лучшими молекулами за счет попеременного растворения колоний при затоплении и образования новых колоний при подсушивании первобытных водоемов («первобытный естественный SELEX») могло быть главным двигателем эволюционного процесса в мире РНК.

ВВЕДЕНИЕ

Главной проблемой в происхождении жизни является вопрос о возникновении аппарата наследственности, а, следовательно, о возникновении «вещества наследственности» — нуклеиновых кислот. Обе нуклеиновые кислоты — рибонуклеиновая кислота (РНК) и дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) — химически представляют собой линейные (неразветвленные) полимеры, построенные из четырех сортов нуклеозидных остатков (соединений пятиуглеродного сахара и азотистого пуринового или пиримидинового основания), соединенных между собой фосфатными группами. Фосфатные группы соединяют углеводные части нуклеозидов в цепь, так что цепь нуклеиновой кислоты может быть описана как пентозофосфатный полимер с азотистыми основаниями в качестве боковых групп. Основное различие химических структур РНК и ДНК состоит в том, что углеводным компонентом РНК является рибоза, а в ДНК — дезоксирибоза, дегидроксилированное производное рибозы.

Рис. 1. Центральная догма молекулярной биологии.

Однако пространственная структура этих двух близкородственных полимеров различается принципиально: ДНК — это жесткая двойная спираль, образованная за счет парного взаимодействия бок о бок двух полидезоксирибонуклеотидных цепей, а РНК — одноцепочечная гибкая молекула. ДНК представляет собой гены, и ее двуспиральпая пространственная структура необходима для точного копирования своей собственной первичной структуры (специфической последовательности четырех сортов мономеров цепи) в процессе комплементарной редупликации (Watson, Crick, 1953). Долгое время считалось, что функция РНК состоит лишь в копировании (транскрипции) одной из цепей ДНК для того, чтобы служить генетической матрицей для синтеза белков. Представление об этом потоке генетической информации от ДНК через РНК к белкам и его необратимости было сформулировано как «центральная догма молекулярной биологии» (рис. 1). Впоследствии, однако, утверждение о необратимости потока информации от ДНК к РНК было подвергнуто ревизии: было открыто, что в ряде случаев — в первую очередь при вирусных инфекциях — наблюдается явление «обратной транскрипции», когда на матрице РНК синтезируется комплементарная цепь ДНК (Baltimore, 1970; Temin, Mizutani, 1970). При этом признание строгой необратимости потока информации от нуклеиновых кислот к белкам продолжает быть основой всей современной генетики и молекулярной биологии.

Хотите расшифровать тайные послания, скрывающиеся в окружающих вас числах (дате рождения, адресе дома и т.п.)? В этом Вам поможет Школа позитивной нумерологии, обучение в которой позволит Вам узнать ответы на все интересующиеся Вас вопросы.
Более детальную информацию Вы сможете получить на сайте www.omega-way.ru .

ЖИЗНЬ ЗАРОДИЛАСЬ В ГЛИНЕ?

Есть разные глины, которые различаются по своим свойствам. Есть каолинит и монтмориллонит. Они, с одной стороны, похожи по внешнему виду, но с другой стороны, сильно различаются по своим свойствам (табл. 1). В частности, удельная поверхность монтмориллонита па два порядка больше, чем у каолинита, и емкость по ионному обмену тоже гораздо больше, примерно на порядок (Еремин, 2004). То есть глина — это не просто пористое вещество, а ионообменник. Монтмориллонит — это слоистый алюмосиликат. Расстояние между слоями в сухом виде 1-2 нм, а при набухании (пропитывании водой) увеличивается в несколько раз, что объясняет большую сорбционную емкость монтмориллонита. При этом расстояние между слоями становится сопоставимым с размерами наномолекул.

Оказалось, что благодаря своим ионообменным и сорбционным свойствам, слоистые глины могут концентрировать нуклеотиды из окружающего пространства. Если 50 мг глины (это 20 микролитров, то есть одна пятидесятитысячная часть литра) добавить к одному литру 15 мкМ AMP, то в пределах суток на этом количестве глины окажется адсорбировано от 10 % (в присутствии Na) до 90 % (в присутствии Mg²⁺) AMP (Ferris, Ertem, Agarwal, 1989). Иными словами, объем, в котором находился нуклеотид, уменьшился в пятьдесят тысяч раз. Следовательно, имеет место пятидесятитысячекратное концентрирование нуклеотидов на глине по сравнению с тем, что было в окружающей среде, то есть локальная концентрация нуклеотида в глине самопроизвольно в присутствии ионов Mg²⁺ может возрасти до 0.5 М. Это совсем другие концентрации, чем используются в экспериментах с липосомами [5 мМ (Mansy et al., 2008)].

Далее оказалось, что слоистые алюмосиликаты могут сорбировать с высоким сродством полинуклеотиды, при этом сорбционная способность (аффинность) полинуклеотида зависит от того, в присутствии какого катиона проводится эксперимент (Franchi, Ferris, Gallon, 2003). Особенно хорошо алюмосиликаты адсорбируют полинуклеотиды в присутствии кальция и магния. Если концентрация катиона 1 мМ или выше, то одноцепочечные РНК или ДНК сорбируются па глине полностью.

Таблица 1. Сравнение свойств слоистых алюмосиликатов (по Ferris, Ertem, Agarwal, 1989)

Важно, что глины имеют большее сродство к одноцепочечным молекулам, чем к двуцспочсчным (Franchi, Ferris, Gallon, 2003). Это может иметь отношение к механизму репликации полинуклеотидов, поскольку тем самым стабилизируется одноцепочечное состояние, которое и является реплицируемым. Иными словами, глины могут выполнять роль SSB-белков (single strand-binding protein), которые участвуют в репликации ДНК и препятствуют отжигу комплементарных цепей, связываясь с ними.

Более того, оказалось, что глины не только адсорбируют нуклеотиды и полинуклеотиды, но и катализируют безматричную полимеризацию нуклеотидов. В присутствии 10-нуклеотидного праймера на глине происходит спонтанное образование РНК длиной до 40 нуклеотидов и больше, если в качестве субстрата реакции используют активированное производное AMP — фосфоримидазолид аденозина. Это при том, что в отсутствие глины максимально синтезируемая длина — 10 нуклеотидов, причем, в основном, обнаруживаются только динуклеотиды, потому что скорость полимеризации только в 10 раз выше скорости спонтанного гидролиза полирибонуклеотидов (Ferris et al., 1996). Если же активировать нуклеотиды не имидазолом, а метиладенином, то РНК длиной 40 нуклеотидов образуются на глине в пределах 8 часов (Huang, Ferris, 2006). Это существенно более высокие скорости, чем при полимеризации нуклеотидов в липосомах (Mansy et al., 2008). Интересно, что до 80 % продуктов синтеза представлены РНК, в которых нуклеотиды связаны между собой 3’—5′ связями. Это очень важно, так как именно такие связи присутствуют в нормальных природных РНК.

Большинство этих экспериментов было сделано в лаборатории Джеймса Ферриса (James P. Ferris), который также показал, что глина придает процессу полимеризации нуклеотидов определенную хиральную селективность. Так, при использовании рацемической смеси D-и L-энантиомеров фосфоримидазолида аденозина для синтеза олигонуклеотидов, на монтмориллоните образуется соответственно в 1.3, 1.6 и 2.1 раз больше гомохиральных димеров (D,D и L,L), тримеров (D,D,D и L,L,L) и тетрамеров (D,D,D,D и L,L,L,L), чем статистически ожидаемая доля (Joshi, Pitsch, Ferris, 2007). Иными словами, при удлинении синтезируемого полинуклеотида его гомохиральность усиливается.

Наконец, недавно сделаны интересные наблюдения о поведении монтмориллонита по отношению к простым органическим молекулам. Если метанол нагревать при 300 °С и 1000 атм, то он разлагается в отсутствие монтмориллонита, но сохраняется в его присутствии. Более того, в этих условиях монтмориллонит катализирует образование из метанола других, более сложных соединений. Отсюда авторы предположили, что в определенную геологическую эпоху в монтмориллоните могли образовываться предшественники РНК и других биополимеров (Williams et al., 2005). Также монтмориллонит может защищать адсорбированные рибозимы от разрушения ультрафиолетовым излучением (Biondi et al., 2007). Возможно, этому есть простое объяснение: то, что глина непрозрачна для ультрафиолета.

Таким образом, существует много свидетельств в пользу того, что монтмориллонит мог служить чем-то вроде инкубатора для простых и сложных органических молекул, своего рода «первичной маткой» [primordial womb (Williams et al., 2005)] для жизни на Земле. В этой связи интересно, что монтмориллонит не только повсеместно распространен на Земле, но и обнаружен в составе метеоритов, а также на Марсе (Poulet et al., 2005).

Все указанные свойства делают монтмориллонит идеальной средой для образования и роста молекулярных колоний в мире РНК: он гидрофилен, содержит необходимого размера поры и обладает способностью концентрировать на себе субстраты для синтеза РНК. Более того, монтмориллонит способен был, в отсутствие клеточной мембраны, решить проблему совместного наследования разных видов РНК, составляющих смешанную молекулярную колонию и обладающих взаимодополняющими функциями (Спирин, 2005а, б). Действительно, колония, выросшая на монтмориллоните, может размножаться путем выветривания (отделения частиц) минерала. Множество молекул РНК, адсорбированных на одной оторвавшейся микрочастице глины, будут перенесены вес вместе в другое место и там дадут начало новой колонии, содержащей все необходимые для ее роста виды РНК.

Теперь вернемся клипосомам. На каком-то этапе эволюции вокруг биомолекул должны были образоваться липидные мембраны, чтобы дать начало современным клеткам. Оказывается, монтмориллонит мог и здесь сыграть важную роль, потому что он в 100 раз ускоряет формирование липосом из эмульсии липидов. Более того, частицы монтмориллонита, способные нести на себе нуклеотиды, РНК и ДНК (см. выше), оказываются включенными внутрь липосом, то есть окружаются липидной мембраной (Hanczyc, Fujikawa, Szostak, 2003).

Здесь я хочу высказать предположение, что липидная мембрана вокруг реплицирующихся молекул (РНК, ДНК) образовалась на более поздних стадиях эволюции, тогда, когда стал возможен синтез хотя бы коротких полипептидов, подобных антибактериальным (антимикробным) пептидам — цекропипу, магаинину и т. д. (Wang Z., Wang G., 2004). Это короткие (20-40 аминокислотных остатков) α-спиральные пептиды, способные образовывать поры в липидных мембранах, экспонируя свои гидрофобные поверхности внутрь мембраны, а гидрофильные — внутрь поры (Hallock, Lee, Ramamoorthy, 2003). Такие поры могли решить проблему проницаемости мембраны липосом для низкомолекулярных веществ и, тем самым, обеспечить потребности синтеза биополимеров внутри липосом.

ВЫВОДЫ

1. В настоящее время осуществим полностью химический синтез генома, содержащего набор всех генов, необходимых для функционирования клетки. Однако отсутствует экспериментальная модель для сборки жизнеспособных клеток de novo.

2. Наноколонии (молекулярные колонии) могли бы стать такой экспериментальной моделью. Они являются функциональными аналогами клеток, позволяющими осуществлять сборку клеточных компонентов и проверять, какой вариант сборки обеспечивает полноценную экспрессию генома:

— обеспечивают компартментализацию этих компонентов,

— способны осуществлять различные биохимические реакции, составляющие всю цепочку экспрессии генов,

— позволяют добавлять и убирать компоненты путем простого пропитывания геля (поскольку они лишены оболочки),

— удобны для скрининга (расположены в одной плоскости),

— обеспечивают связь генотипа и фенотипа, что необходимо для естественного отбора,

— способны эволюционировать, то есть образовывать новый генетический материал, который затем может быть экспрессирован.

3. Наноколонии, растущие в глине, могли быть формой компартментализации на первых этапах эволюции в мире РНК и в процессе становления белкового мира. Монтмориллонит, один из видов глины, способен обеспечивать все условия, необходимые для роста, эволюции и размножения колоний РНК, а также для их трансформации в клетки, окруженные липидной мембраной:

— концентрировать из окружающей водной среды и стабилизировать активированные рибонуклеотиды,

— катализировать полимеризацию рибонуклеотидов,

— обеспечивать относительную хиральную однородность синтезированных полирибо-нуклеотидов (РНК),

— иммобилизовать РНК — как матрицы, так и их копии, не давать им уходить в окружающий раствор,

— более прочно связывать однотяжные РНК, чем двутяжные, что стабилизирует способное к репликации состояние,

— компартментализовать РНК в отсутствие липидных мембран (формировать колонии РНК),

— удерживать рядом разные виды РНК, которые могли бы создавать смешанную колонию, и обеспечивать их совместное наследование,

— формировать липосомы вокруг колоний РНК.

Я благодарен оргкомитету рабочего совещания «Проблемы происхождения жизни» за приглашение выступить с этим докладом, а также моей жене и коллеге Е.В. Четвериной за неоценимую помощь в подготовке рукописи. Работа поддержана грантами РФФИ и программой Президиума РАН «Молекулярная и клеточная биология».

Вашим гидом по миру красоты, изящества и стиля станет женский сайт www.bt-lady.com.ua, который поможет Вам оставаться женщиной даже в самые сложные периоды вашей жизни.

МОЖНО ЛИ СОБРАТЬ КЛЕТКУ ИЗ ЕЕ КОМПОНЕНТОВ? >>

В поисках красивых и оригинальных украшений Вы изучили ассортимент бессчетного числа интернет-магазинов, раз за разом вбивая в поисковую строку Бижутерия, но так и не смогли найти то, что стало бы материальным доказательством ваших искренних чувств по отношению к той единственной и неповторимой девушки, которая завладела вашим сердцем. Советую Вам не тратить попусту свое драгоценное время и посетить сайт www.top-ledi.ru, где представлено большое количество украшений, среди которых точно найдется то, что не оставит вашу возлюбленную равнодушной.

ПОПЫТКИ СОЗДАНИЯ ИСКУССТВЕННОЙ КЛЕТКИ

В настоящее время вопрос о создании искусственной клетки уже рассматривается в практической плоскости, а соответствующие проекты щедро финансируются в надежде на будущую прибыль. Предполагается, что искусственные клетки могут помочь в создании новых лекарств и технических материалов, а также в решении проблем энергетики (производство биотоплива) и экологии (утилизация отходов). Появились даже такие понятия как «синтетическая геномика» и «синтетическая биология».

Основателем синтетической геномики является Крейг Вентер — тот самый, в чьей фирме Celera Genomics расшифровали первый геном человека — геном самого Вентера. А сейчас в Институте Вентера (J. Craig Venter Institute) решают задачу создания искусственного организма. К настоящему времени сотрудники института трансплантировали ДНК из одной бактериальной клетки в другую, уничтожив ДНК бактерии-реципиента. Было показано, что трансплантация всего генома привела к тому, что реципиент приобрел все признаки, определяемые геномом донора (Lartigue et al., 2007). А буквально в этом году ими опубликовано сообщение о химическом синтезе полного генома М. genitalium — более 500 тыс. п.о. (Gibson et al., 2008). Пока еще не проверено, действительно ли этот геном является биологически функциональным, но синтетическая часть работы завершена. Это достижение интересно не просто тем, что поставлен рекорд синтеза длинной ДНК, но также и тем, что теперь становится возможным проектировать искусственные геномы, абсолютно новые, их синтезировать и таким образом лепить организм по своему собственному усмотрению.

Идеологами синтетической биологии являются Энтони Форстер (Anthony С. Forster) и Джордж Черч (George М. Church). Они определили список из 151 гена для всех белков и РНК, которые, как они считают, необходимы, чтобы происходила полноценная экспрессия генома. Они также определили группы белков, которые отвечают за разные стадии экспрессии генома: от синтеза РНК до посттрансляционной модификации белков. По мнению авторов, можно взять смесь этих компонентов; добавить туда ДНК, которая будет программировать синтез новых копий мРНК и, соответственно, белков; загрузить этими компонентами липосомы, и тогда система начнет самовоспроизводиться — репродуцироваться (Forster, Church, 2006, 2007). В случае успеха это привело бы к сборке живой клетки из ее компонентов. В принципе, на этом можно было бы завершить мое выступление, потому что есть люди, которые считают: «Да, ответ положительный: собрать клетку из ее компонентов можно».

Однако здесь есть одна проблема, на мой взгляд, существенная. Форстер и Черч забыли про одну вещь. В свой список они не включили белки, которые отвечают за синтез липидов, за построение мембраны. Они не учли того, что в мембране должны быть системы транспорта, которые отвечают за связь клетки с окружающей средой. А это проблема серьезная и до сих пор, как следует из научной литературы, она не решена.

НЕОБХОДИМОСТЬ КОМПАРТМЕНТАЛИЗАЦИИ

Действительно ли нужна мембрана? Почему нельзя все компоненты сгрузить в пробирку? Почему это не клетка? В принципе, отдельные этапы экспрессии генома так и осуществляют — в пробирке (in vitro) происходят и синтез ДНК, и синтез РНК на ДНК, и трансляция РНК в белок. Будет ли это клетка или нет?

В этой аудитории много специалистов, которые имеют свое представление о том, что такое клетка и как ее определить. Как мне кажется, главный признак клетки и ее отличие от просто порции биохимического раствора — это то, что клетка должна быть способной к эволюции. Если бы клетка не могла эволюционировать, не могла развиваться и не было бы отбора в направлении улучшения ее признаков, то никогда бы не возник такой сложный организм как человек. Конечно, такой вывод можно сделать лишь при допущении, что жизнь произошла естественным путем. А для того, чтобы шла эволюция, необходима компартментализация — обособление клетки от окружающей среды. В связи с этим приведу цитаты трех классиков.

Первый из них — это Уолтер Гилберт (Walter Gilbert), который, собственно говоря, и является автором идеи мира РН К, сформулированной им в 1986 г. в журнале Nature (Gilbert, 1986). Гилберт считает, что компартментализация необходима, чтобы привязать ген к его продукту. Поскольку отбор происходит, естественно, по свойствам продукта экспрессии гена, а наследуется собственно ген, то продукт и ген должны всегда быть вместе, иначе эволюция невозможна (Gilbert, de Souza, 1999).

Александр Сергеевич Спирин считает, что в отсутствие сегрегации молекул невозможно избирательное размножение улучшенных вариантов, возникающих путем мутаций или рекомбинаций, так как одинаково хорошо размножаются все молекулы, содержащиеся в бульоне. То есть сегрегация нужна, чтобы как-то отличать хорошее от плохого (Спирин, 2005).

Джек Шостак (Jack W. Szostak) приводит такой аргумент. Если возникнет мутантная репликаза, обладающая улучшенной каталитической активностью и точностью, то она будет лучше реплицировать другие — худшие — репликазы, но себя реплицировать не сможет. И даже если она будет реплицирована другой репликазой, то ее дочерние молекулы «разбегутся» и не смогут помочь друг другу (Szostak, 1999).

Можно привести еще много разных аргументов, почему надо отделять, индивидуализировать, обособлять этот компартмент (клетку) от окружающей среды, но думаю, что этого достаточно.

КОМПАРТМЕНТАЛИЗАЦИЯ В ЛИПОСОМАХ >>

ПЕРВЫЙ КРЕСТОВЫЙ ПОХОД

Клермонский собор и провозглашение крестового похода на Восток

В ноябре 1095 г. римский папа Урбан II, прибывший из Италии во Францию, созвал церковный собор в г. Клермоне. Многие феодалы понимали, что глава католической церкви прибыл сюда, руководствуясь серьезными целями. В народных массах, вконец измученных бедствиями последних лет, приезд Урбана II также вызывал смутные предчувствия того, что готовятся какие-то важные решения. Отовсюду в Клермон съехались тысячи рыцарей, священников, собралось несметное количество простого народа. Вся эта масса людей не могла разместиться в городе: множество палаток было разбито в поле, на Клермонской равнине. Собор, хотя на нем и обсуждались обычные для съездов такого рода вопросы (о «божьем мире» и пр.), носил необычайно пышный характер. Здесь присутствовали 14 архиепископов, свыше 200 епископов и 400 аббатов.

По окончании заседаний собора, 26 ноября 1095 г. Урбан II выступил с торжественной речью прямо под открытым небом перед огромными толпами собравшихся. В этой речи он призвал верующих взяться за оружие для похода против «персидского племени турок». Папа бросил в Клермоне клич о крестовом походе на Восток¹.

¹ Официальный текст речи Урбана II не сохранился. Ее передают многие западные летописцы и притом по-разному. Историки неоднократно пытались воспроизвести текст речи Урбана II путем сличения ‘различных ее вариантов в хрониках. Наиболее обстоятельная попытка такой текстологической реконструкции принадлежит американскому историку Д. К. Мэнро (D. С. Munrо. The speech of pope Urban II at Clermont, 1095. «American Historical Review». 1906, vol. XI, № 2.).

Конечно, римский первосвященник постарался аргументировать свой призыв возможно более убедительными религиозными доводами. Он не пожалел красок, чтобы живописать мнимые бедствия «восточных братьев» по вере от язычников-сельджуков и таким образом накалить до предела религиозный фанатизм своих многочисленных слушателей. Урбан II стремился изобразить предприятие, затеваемое римским престолом, как войну ради «освобождения гроба господня» в Иерусалиме.

Эта благочестивая демагогия была неплохо рассчитана. Призыв Урбана ll к крестовому походу, брошенный в Клермоне, вполне соответствовал подвижническим чаяниям народных масс. Крестьяне-бедняки мечтали об «искупительном подвиге», потому что хотели освободиться от феодального ига. Папство, уловив настроения крепостной массы, предложило ей конкретный план такого подвига, но, разумеется, с совершенно иными целями, чем те, которых добивалось крестьянство. Римский престол рассчитывал освободить крупных землевладельцев от бунтующих масс. Он хотел дать выход их антифеодальным в своей основе настроениям путем организации колонизационного движения на Восток под лозунгами «священной войны». Урбан II обещал участникам похода — «мученикам за веру» — отпущение грехов, вечную награду на небесах и пр. Все эти обещания были закреплены особым постановлением Клермонского собора.

Но папа учитывал, что одних только посулов загробного блаженства будет недостаточно для привлечения к задуманному предприятию большого количества людей. Поэтому он счел необходимым прибегнуть к обещанию наряду с «небесными» и земных благ. Он привел аргументы, которые должны были явиться убедительными для будущих участников войны за «гроб господень» с точки зрения их непосредственных материальных интересов. Бедняков, которые примут обет идти в «святую землю», ожидает не только спасение на небесах,— победа над «неверными» принесет ощутимые земные выгоды. Здесь, на Западе, говорил Урбан, земля не обильна богатствами: она «едва прокармливает тех, кто ее обрабатывает». Там, на Востоке, бедняков ждет иная, безбедная жизнь. Земля в этих странах «течет медом и млеком», «Иерусалим — это пуп земель, земля плодоноснейшая по сравнению со всеми остальными, она словно второй рай».

Наиболее сильным доводом в устах папы, который не мог не оказать своего действия на бедняков, был выдвинутый им тезис: «Кто здесь горестны и бедны, там будут радостны и богаты!» Как сообщают некоторые летописцы, речь Урбана II была в этом месте прервана громкими возгласами: «Так хочет бог! Так хочет бог!»

Выступление папы, поскольку оно обращено было к крестьянской массе, пало на благодатную почву. Обещанием вечного спасения тем, кто примет мученичество за «святое дело», и — еще более — сказками о земле с медовыми и молочными реками, о земле, в которой нет гнета и нищеты, папа взбудоражил воображение бедняков: ведь крестьянство давно мечтало о лучшей жизни, о новых землях, где бы дышалось легче, где бы не давило ярмо крепостной зависимости.

Урбан II хотел побудить к участию в походе возможно большее количество людей, чье «мятежное» поведение дома грозило благополучию феодальных собственников. Поэтому к вымыслам о небесном блаженстве и будущих земных радостях был прибавлен еще один: путь к Иерусалиму — не длинен, достигнуть «святого града» не составит серьезного труда. Папа умышленно преуменьшал перед простым народом тяготы предприятия, прекрасно понимая, конечно, что таким образом он толкает на кровавую и гибельную «стезю господню» тысячи нищих людей. И тем не менее, он звал их идти в поход, не считаясь ни с чем. Бедняки должны были отказаться от последнего, что у них имеется, ради спасения «восточных братьев».

Так, руководствуясь корыстными интересами феодалов, папа не остановился перед тем, чтобы сознательной ложью увлечь в тяжкое — и для нищих крестьян, во всяком случае, безнадежное — заморское предприятие массу простых людей.

Речь Урбана II была рассчитана не только на народные низы. Прежде всего папа звал к завоеванию восточных стран оскудевшее рыцарство и тех из крупных феодалов, которые стремились расширить свои владения. Рыцарей он соблазнял перспективами грабежей и территориальных захватов в богатых восточных странах. Он напоминал безудельным «отпрыскам непобедимых предков» о «земелькой тесноте», в которой они живут: «да не привлекает вас эта земля, которую вы населяете, земля, в которой вас становится все больше, богатства же не умножаются». Папа прямо звал рыцарство к грабежу Востока, к тому, чтобы «захватить сокровища… врагов». Всем этим «сильнейшим» и «великим» воинам, от буйных ратных подвигов которых терпело немалый урон церковное землевладение на Западе, Урбан II указывал выход — отправиться в крестовый поход.

Призывая пожертвовать последним достоянием на «святое дело», папа не позабыл присовокупить к этому своеобразный совет относительно того, как сохранить в целости имущество отправлявшихся по «стезе господней» на время их пребывания в походе: его нужно сдать в надежные руки, под каковыми разумелась, конечно, католическая церковь.

Ко всему этому надо добавить, что в своей речи папа не мог, как он ни старался, скрыть обширные планы, которые связывал с предстоящим походом апостольский престол. Римская курия рассчитывала силами крестоносцев нанести поражение сельджукам и, раздвинув границы влияния католической церкви за счет «освобожденных» единоверцев (как сиро-палестинского Востока, так и Византии), захватить богатства восточных церквей. В этом состояла одна из важнейших целей папства при организации крестового похода.

Некоторые современные нам западноевропейские буржуазные историки уверяют, что причины, побудившие Урбана II к провозглашению крестового похода, были вполне бескорыстными, что папой руководили исключительно высокие идейные, религиозные побуждения и даже… соображения гуманности: организуя поход на Восток, папство, якобы, больше всего заботилось о… мире в Европе. На самом деле, как мы видим, папская пропаганда крестового похода вызывалась социально-политическими потребностями господствующего класса на Западе. Католическая церковь в лице своего главы добивалась избавления класса феодалов от гнева крепостных земледельцев, который все чаще обрушивался на головы представителей этого класса. Вместе с тем она хотела направить на Восток хищные устремления рыцарской вольницы, жертвой которой становились земли как церковных, так и светских владетелей. Она хотела удовлетворить жажду земельных приобретений и грабежей рыцарства за пределами Европы. В конечном счете, крестовый поход должен был увековечить власть католической церкви как на Западе, так и на Востоке, увеличить ее богатства и упрочить господство феодальных землевладельцев над зависимым крестьянством. В этом и заключались, с точки зрения папства, задачи похода, провозглашенного на Клермонском соборе.

Речь Урбана II нашла живой отклик среди собравшихся. Программа похода на Восток встретила сочувствие и у крестьян, и у феодалов. Каждый нашел в речи папы то, что ему было нужно. Забитых и голодных крепостных увлекала надежда на хлеб и волю, на облегчение своего положения. Одиннадцатый век близился к концу. Одурманенные церковными проповедями, крестьяне ожидали новых чудес, якобы обещанных Иисусом Христом по истечении тысячелетия. Правда, ожидания такого рода были и за 100 лет до этого. Они не оправдались, но вера в чудеса осталась непоколебленной.

Феодалам экспедиция на Восток сулила новые земли и добычу. Выступление Урбана II прозвучало своевременно: ведь в феодальных кругах Запада движение в пользу похода на Восток возникло еще до Клермонского собора.

Лозунг папства об «освобождении святой земли» был удачно брошен. Об этом свидетельствует то, что уже в самом начале крестоносного движения церкви удалось привлечь к завоевательному предприятию, затеянному вопреки действительным интересам обманутого народа, внимание широчайших слоев феодального общества Западной Европы.

Решили создать вечный двигатель, тогда первое, что Вам стоит сделать, это позаботиться о смазке трущихся деталей вашего будущего гениального изобретения. Смазочные материалы от закрытого акционерного общества «Рамира» идеально подойду для этого. Более подробную информацию по смазочным средствам Вы сможете найти на сайте ramira.ru.

Первые наброски плана крестового похода. Часть II >>

Верна ли теория струн, ошибочна или ни то ни другое?

Посмотрите вверх-вниз, вперед-назад, вправо-влево. По всей видимости, ничего другого пространство предложить не может. Разумеется, дополнительные измерения обладают теми же мерзкими особенностями, что и зубная фея и пиратские клады: если вы их не видели, это не значит, что их не существует.

В этой книге мы пару раз упомянули о теории струн. Казалось бы, это чуть ли не панацея от всех болячек современной физики. Теория струн предполагает, что с фундаментальной точки зрения все частицы одинаковы — всего-навсего кусочки струн. Она претендует на роль Теории Всего, а значит, если она справедлива, то общая относительность и слабые, сильные и электромагнитные силы объединятся в единую теорию. Есть надежда, что естественным следствием некоторых моделей теории струн станет исчерпывающее объяснение, что такое темная материя и темная энергия, а значит, мы сразу поймем, почему Вселенная экспоненциально расширяется.

Однако за все надо платить. Теория струн в ее нынешнем виде предполагает, будто Вселенная имеет 10 измерений плюс время.

Чтобы понять, что представляют собой дополнительные семь измерений, вообразите канатоходца под куполом цирка. Сторонний наблюдатель скажет, что движение канатоходца ограничено двумя направлениями — вперед и назад, и никаких других вариантов у него нет¹. Зритель, который смотрит представление, вероятно, даже не разглядит, есть ли у каната толщина,— а если он совсем неотесанный провинциал, поверит, будто канат имеет бесконечно малую толщину и на самом деле является одномерной структурой.

А вот у муравья, ползущего по канату, никаких подобных иллюзий нет. Он может ползти не только взад-вперед по веревке, но и вокруг каната — и это эквивалентно одному из скрытых измерений в теории струн.

Предположим, опция «вниз» не рассматривается. Будем считать, что это очень искусный канатоходец.

Некоторые измерения, вероятно все недостающие семь, весьма и весьма компактны. Вероятно, мы не замечаем этих компактных измерений, поскольку обречены плыть на трехмерной бране по Вселенной, где измерений больше.

Между тем маленькие измерения могут играть очень важную роль, поскольку главный режиссер этого спектакля — квантовая механика. Что будет, если вокруг одного из маленьких измерений обернется петля из струны? В главе 2 мы видели, что если поместить частицу в крошечную коробочку (или в крошечное измерение), частица приобретает уйму дополнительной энергии. В нормальной обстановке мы увидим выражение этой энергии — частица начнет метаться туда-сюда. Единственная сложность состоит в том, что метаться она не может. А следовательно, дополнительная энергия становится, согласно великому уравнению Е = mc², массой частицы.

Беда в том, что нужная для этого энергия примерно в 10¹⁶ раз превышают энергии, которых мы способны добиться в БАК. Иначе говоря, эту теорию, по всей видимости, нельзя проверить экспериментально, так как еще очень и очень долго у нас не будет никакой технической возможности проделать такой эксперимент.

Что бы нам ни говорили, точность научной теории никогда не удается доказать. Если мы говорим, будто теория «верна», значит, нам не удалось ее опровергнуть. Признак хорошей научной теории — то, что ее сторонники должны придумать эксперимент или несколько экспериментов, в ходе которых теория может оказаться ошибочной, но не оказывается. Концепцию «опровергаемое», ставшую основой современной науки, ввел философ Карл Поппер. Это и есть главный недостаток так называемой теории разумного замысла. Недостаточно просто провозгласить, будто ваша теория верна, даже если она объясняет все наблюдаемые на сегодня феномены. Домашнее задание: придумать тест, а в идеале — много тестов, которые ваша теория может не пройти, и если она их не пройдет, вам придется признать, что вы заблуждались. Теория разумного замысла этого не делает.

Как обстоят дела с этим у теории струн? Вспомним некоторые популярные книги, вышедшие в последние годы, с названиями вроде «Даже не ошибка» (Питер Войт) или «Упрямая физика»¹. Главная мысль обеих этих книг — что теорию струн можно привести в соответствие со стандартной моделью, причем нельзя поставить эксперимент, который бы ее опроверг. Отчасти сложность состоит в том, что единой версии теории струн не существует. Количество теорий струн на сегодняшний день колоссально — Смолин насчитывает 10 500, число настолько нелепое по размаху, что даже Знак, герой «Улицы Сезам», подумал бы о смене карьеры.

Похоже, что под теорию струн со всеми ее вариантами вполне можно подогнать любые искажения физических законов. А мы надеялись на нечто прямо противоположное. В идеале мы хотели получить фундаментальный физический закон, который не только опишет все существующие законы физики, но и не потребует для этого никакой подгонки теории.

Woit, Peter. Not Even Wrong; Smolin, Lee. The Trouble with Physics.

В результате нет никакого определенного представления о том, что такое теория струн, а следовательно — как ее проверить. Как пишет Смолин: «На сегодня нет никакой реальной возможности проделать эксперимент, который определенно подтвердил бы или опроверг какое бы то ни было конкретное предположение этой теории». Мы готовы сделать крупную ставку на то, что в обозримом будущем не будет проделан никакой опыт по исследованию количества измерений во Вселенной, так что даже если мы живем не в трехмерном мире, надо вести себя так, словно измерений именно три.

На сайте mebellavka.com.ua Вы сможете найти все, что Вас интересует по теме «стеклянные столы киев» и при желании приобрести качественную и недорогую мебель, не отходя от компьютера.

Что такое темная энергия? >>

Когда-то этот мир был полон воды: на его поверхности били гейзеры и шумели океаны.

Но сейчас это всего лишь покрытая льдами безжизненная пустыня, прозванная астрономами ‘Снежной Королевой’ (Snow White), которая покоится на самом краю Солнечной системы и доживает последние миллиарды лет своего бесславного существования. Читать дальше>>

Глава 9

Будущее

Если научная фантастика прошлых лет имеет хоть какое-нибудь значение, наша планета уже давно должна была бы кишмя кишеть киборгами, которые чуть что размахивают лазерными мечами, превращаются в огнеметы и питаются зелеными пищевыми концентратами из планктона. У нас есть GPS-навигация и беспроводные клавиатуры, но где наши колонии на Луне? И нельзя винить в этом писателей-фантастов. Предсказать будущее очень трудно. Например, кто мог предсказать, что мы будем рассуждать о десятимерном пространстве или об ускорении Вселенной, состоящей в основном из темной материи и темной энергии?

Мы посвятили много времени описанию нынешнего положения дел в физике, но то и дело были вынуждены украдкой отходить от определенных заявлений и предаваться робким спекуляциям. Невежество — хорошая отправная точка, и мы выявили в наших теориях ограничения. Вероятно, мы сумеем от них избавиться, если подберем нужные инструменты¹. Так что пристегните портативные реактивные двигатели: последнюю главу книги мы посвятим судьбоносным вопросам, на которые, как мы надеемся — нет, как мы предсказываем! — мы сможем ответить в ближайшие двадцать лет.

Два литра диетической колы, полдюжины аспирантов-невротиков и телега грантовых денег.

I. Что такое темная материя?

Представляется, что наша Вселенная куда страннее, чем нужно. Например, мы обнаружили, что в ней царит загадочная темная энергия, а большинство остальной массы не имеет к нам никакого отношения, потому что состоит из некоей темной материи, которая не взаимодействует со светом (потому и темная), но является источником гравитации (потому и материя). Иначе говоря, это название если что и описывает, то лишь наше невежество. Это, прямо скажем, немногим лучше, чем заявить, будто гравитацию наколдовали феи.

Кое-кто из сообщества физиков сильно сомневается, что темная материя действительно существует, поскольку никаких частиц темной материи мы до сих пор не открыли. Астрофизики, в конце концов, честно делают свое дело и предлагают самые простые объяснения того, что они наблюдают, но ведь это не означает, что они обязательно правы. «Очевидная» на первый взгляд интерпретация не раз и не два оказывалась ошибочной. Очевидно, что планеты и звезды движутся вокруг Земли, и так и считали до 1500-х годов, когда Коперник предположил, что это Земля движется вокруг Солнца.

Некоторые скептики так рвутся избавиться от идеи темной материи, что предполагают нечто немыслимое — Или почти немыслимое: они заявляют, что Ньютон и Эйнштейн заблуждались. Было предложено множество теорий, которые пытаются подогнать эйнштейновские уравнения гравитации под данные наблюдений без опоры на всю эту жуткую темную материю. В последние годы большой интерес вызывали теории модифицированной ньютоновой динамики (Modified Newtonian Dynamics, MOND). Как известно, слово mond по-французски означает «мир»¹. Основной ее принцип гласит, что на небольших масштабах, например в Солнечной системе и на Земле, гравитация действует именно так, как предсказывали Ньютон и Эйнштейн, однако на более крупных расстояниях, например в масштабе галактик и больше, все обстоит несколько иначе.

Давно мечтаете поменять свой старенький телевизор, но никак не можете накопить нужную сумму? Не отчаивайтесь, сайты объявлений станут решением вашей проблемы. Советую Вам обратить свое внимание на сайт Сландо, который Вы сможете найти по адресу vgg.slando.ru.

Мы не собираемся отстаивать общую теорию относительности только потому, что это любимое детище Эйнштейна. Он много в чем ошибался². С другой стороны, общая теория относительности крайне «элегантна», а на жаргоне физиков это означает, что поскольку уравнения так просты, трудно представить себе, что они неверны. А принять MOND в ее нынешнем виде нам трудно, поскольку она предлагает вместо одной необъяснимой константы (количество темной материи) другую (масштаб, на котором гравитация из «нормальной» становится « модифицированной »).

¹ Физики превратили странноватые сокращения в настоящее искусство.

² Вспомните, например, ЭПР-парадокс из главы 3. И, несмотря на все его предостережения, мужчины до сих пор носят штаны.

Хуже того, при помощи MOND очень трудно объяснить все наблюдения, согласующиеся с наличием темной материи. MOND великолепно отвечает на вопрос, который стоит перед нами уже сто лет и заключается в том, что во Вселенной не хватает массы, чтобы удерживать вместе галактики и скопления звезд. Поскольку MOND решает эту задачу, нам не нужна никакая темная материя — по крайней мере так говорят.

Но и это еще не все! Наблюдения некоторых звездных скоплений, в частности скопления «Пуля», при помощи метода гравитационных линз недвусмысленно показывают, что существуют крупные объемы материи, никак не связанные ни со звездами, ни с газом. Наблюдения далеких сверхновых доказывают, что темпы расширения Вселенной меняются со временем, намекая на то, что материи в ней гораздо больше, чем объясняет наличие одной только барионной материи. Наконец, все свидетельствует о том, что с космологической точки зрения Вселенная плоская — что, в свою очередь, лишний раз подтверждает, что 85% массы Вселенной — темная.

Мы готовы поставить все наши деньги за то, что существует частица, на которой ясно написано «темная материя»,— частица, которая, как сказали бы французы, станет le fin du MOND — «концом света».

Чем не может быть темная материя?

Примем за данность, что темная материя существует, но умеет ловко прятаться. Хотя мы еще не знаем, что такое темная материя, мы кое-что знаем о том, чем она быть не может. Заряда у нее нет, иначе она бы взаимодействовала со светом. Кроме того, это означает, что ее нельзя ощутить. Все, что вам случалось трогать, как-то «ощущается», поскольку электрические поля вашей руки отталкиваются от электрических полей всего того, что вы пытаетесь потрогать. Если нет электрического поля, ваша рука пройдет сквозь предмет, а вы ничего и не заметите.

В стандартной модели физики имеется лишь две известные частицы, которые можно подозревать в причастности к темной материи,— нейтрино и нейтрон. К сожалению, нейтрино обладает слишком маленькой массой, а одинокие нейтроны распадаются минут через десять. Поскольку Вселенная несколько старше, нейтроны — не совсем то, что мы ищем. Может показаться, будто на данный момент у нас нет верного кандидата, но не надо забывать, что физики необычайно хитроумны, и хотя пока что налицо дефицит частиц темной материи, нет никаких причин полагать, что мы ничего не придумаем¹. В число частиц-подозреваемых вошли аксионы, миниатюрные черные дыры, монополи Дирака, крупицы кварков (quark nuggets) и многие другие. Некоторых подозреваемых, например черные дыры или монополи Дирака, оправдали на основании наблюдательных и экспериментальных данных, но подтвердить обвинение в темных делишках еще ни разу не удалось — даже отдаленно.

Однако многие физики-ядерщики полагают, что во Вселенной существуют так называемые WIMP — причем в огромных количествах. Слово wimp означает «нытик », но наши WIMP — это вовсе не жертвы школьной травли с вечно хлюпающими носами и бесперебойные источники карманных денег, a Weakly Interacting Massive Particles, то есть массивные частицы слабого взаимодействия; в очередной раз название описывает все то, что мы и так не знаем. Темная материя, конечно, обладает массой, а поскольку она не участвует в сильном и электромагнитном взаимодействии, то резонно предположить, что она участвует в слабом².

¹ Открыть новую частицу не так просто, как нарисовать кружочек на клеенке, на которой остались следы от чашек с кофе. Физики-теоретики годы напролет изучают симметрии, организуют эксперименты в ускорителях стоимостью миллионы долларов и в конце концов рисуют кружочки на салфетках, облитых шампанским на банкете по случаю получения Нобелевки.

² Мы несколько передергиваем факты. Как мы уже сказали, существует много кандидатов на роль темной материи, в том числе аксионы, черные дыры и монополи Дирака, которые не являются WIMP. Но мы бы все-таки делали ставку на какой-то вариант WIMP.

Итак, WIMP — хорошее название в том смысле, что оно описательное, но плохое в том смысле, что оно нам почти ничего не говорит. Перед теоретической физикой стоит задача предсказать, что такое WIMP. В нашем случае предсказать означает не просто заявить, что они существуют. Хорошая теория должна рассказать, какая у WIMP масса, с какими частицами и как часто они взаимодействуют, когда и как образовались.

Суперсимметрия >>

II. Сколько существует планет, пригодных для обитания?

В те времена, когда была основана организация SETI, мы знали о существовании ровно девяти планет, все как одна — в пределах нашей Солнечной системы. Поскольку Плутон впоследствии был понижен в звании до «карликовой планеты», а на всех остальных или жарко, или холодно, или они сделаны из газа, возникало искушение сказать, что перспективы найти другую цивилизацию или планету-колонию (если мы в конце концов окончательно загадим свою) весьма и весьма туманны. Не то чтобы мы были уверены, будто у других звезд планет нет. Просто мы их к тому времени еще не обнаружили¹.

Все изменилось в конце 1980-х — начале 1990-х годов, когда планеты начали открывать направо и налево. Обычно планеты мы открываем, поглядев на звезду; планеты вертятся вокруг своего солнца, а солнце, строго говоря, тоже вертится вокруг планет, хотя и очень слабо. Если планета достаточно массивна и достаточно близка к своей звезде, то звезда чуть-чуть колеблется при каждом проходе планеты по орбите — и это можно измерить, чтобы определить массу планет.

Мы даже сумели прямо пронаблюдать кое-какие из свежеоткрытых планет. В 2008 году группы ученых из Беркли и университета Герцберга в Британской Колумбии засняли изображения планетарных систем, известных как Фомальгаут-Ъ и HR 8799 соответственно. Но не думайте, будто нам показали фотографии роскошных пляжей и городских пейзажей. Каждое фото размером всего в один пиксель. Более того, эти экзопланеты не назовешь туристскими местечками. Все они гораздо массивнее Юпитера и, скорее всего, состоят из газа.

В начале 2009 года НАСА запустило спутник «Кеплер». Этот инструмент будет последовательно наблюдать около 100 тысяч звезд и высматривать признаки планет, вращающихся вокруг них. Когда планета проходит перед своей звездой, свет звезды чуть-чуть тускнет.

¹ «А в куртке смотрел? А в пиджаке? А в штанах? Нет-нет, в брюках!»

Поскольку это периодический эффект, то такое потускнение позволяет вычислить продолжительность планетарного года, размер планеты, расстояние до звезды и другие основные свойства.

Пока что мы обнаружили вне Солнечной системы больше 300 планет, и, по грубым оценкам, планеты есть примерно у 15% звезд, причем у многих не по одной, а больше. Однако подавляющее большинство обнаруженных до сих пор планет гораздо больше похожи на Юпитер, чем на Землю, и там отнюдь не курорт, если вы, конечно, не особый любитель плавать в гигантской газовой сфере, состоящей из Водорода.

Нам бы, конечно, хотелось обнаружить каменную планету — «земного типа», как говорят знающие люди. Это очень непросто. Поскольку планеты земного типа гораздо менее массивны, чем газовые гиганты, они заставляют свою звезду колебаться гораздо меньше, поэтому их куда как труднее обнаружить, чем их более крупных сестер-юпитериа-нок. Но мы над этим работаем. Есть надежда, что спутник «Кеплер» обнаружит множество Земель, просто мы не знаем, сколько именно. Спутник сконструирован так, что везучая инопланетная цивилизация, создавшая свой вариант «Кеплера», сможет засечь Землю.

Сколько существует планет, пригодных для обитания? Часть II >>

Сценарий бесконечной мультивселенной № 1. Мультивселенная породила сама себя.

Если крошку Билли не удовлетворили следствия «начала», о которых мы уже поговорили, или если он решил, будто понял, куда мы клоним, будет достаточно фразы «мультивселенная породила сама себя », чтобы раз и навсегда отвадить любого от того, чтобы просить у физика совета в сердечных коллизиях или разъяснения по биологическим вопросам.

Однако происхождение мультивселенной по-прежнему остается открытым вопросом для обсуждения. В 1998 году Дж. Ричард Готт и Ли Цзин Ли из Принстона предложили вероятный вариант событий, согласно которому мультивселенная возникла из некоего объекта, похожего только и исключительно на машину времени. Готт и Ли показали, что решить Эйнштейновы уравнения общей теории относительности можно так, что мультивселенная начнет ходить по замкнутому кругу¹, и этот круг послужит «стволом» дерева, которое дает побеги и ветви, порождая свою собственную вселенную. Поскольку лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать, приведем картинку, которую нарисовали сами Готт и Ли.

Вроде Дня сурка.

Трактовать эту схему нужно следующим образом: по большей части время идет снизу вверх, и все начинается с бублика внизу. Таково происхождение мультивселенной. Это значит, что начала у мультивселенной не было, поскольку крутиться по петле можно бесконечно. А следовательно, мы вправе говорить о «времени после Большого взрыва» как о времени, когда петля дала побег в будущее и родилась некая вселенная. Кроме того, вы заметите, что от первичной временной петли отходит не один рог, а несколько. Это полностью соответствует с представлением об инфляции мультивселенной, с которым мы уже знакомы.

Сценарий бесконечной мультивселенной № 2. Это не первая Вселенная

Существует вероятность, что Вселенная могла в конечном итоге схлопнуться и впасть в коллапс,— эту вероятность мы обсудили и практически сразу отмели. С нашей нынешней точки зрения, подобная версия привлекательна потому, что если бы Вселенная окончила свои дни «большим хлопком», дело, вероятно, было бы в том, что мультивселенная — это всего лишь последовательность расширений и сжатий, которая длится вечно, и наша Вселенная — всего лишь одно звено в бесконечной цепи.

Неувязка (помимо того факта, что во Вселенной не хватит вещества для нового коллапса) состоит в беспорядке. Как мы видели в главе 3, Вселенная любит беспорядок. Если вы когда-нибудь строили башню из жестяных банок из-под лимонада, то знаете, что есть только один способ их сложить — одну на другую, стоймя, вертикально. Но если разрушить башню, банки раскатятся как цопало. Развалить башню из банок можно куда как большим числом способов, чем построить, и с течением времени Вселенная находит способы разрушить и другие формы порядка.

Если наша Вселенная — результат целой серии расширений и коллапсов, то наш «Большой взрыв» произошел через миллиарды и триллионы лет после некоего «начала» (а оно откуда взялось и почему приключилось?), так что на наведение беспорядка было сколько угодно времени. Но особого беспорядка как-то не наблюдается. Более того, история нашей Вселенной была очень гладкой и упорядоченной. Ответ не сходится.

Однако в последние годы появилось много других циклических моделей, которые обеспечивают существование вечной Вселенной. В 2002 году Пол Штейнхардт из Принстонского университета и Нил Турок из Кембриджа придумали модель, эксплуатирующую дополнительные измерения из теории струн. Как мы видели в главе 6, теория струн предполагает, что наша Вселенная, возможно, вообще не трехмерная, а обладает целыми десятью пространственными измерениями. А наша Вселенная живет на трехмерной «бране», которая плывет по мультивселенной, не взаимодействуя с другими вселенными.

Однако гравитационно разные браны (то есть разные вселенные) взаимодействуют. В этой модели темная энергия, которая ускоряет Вселенную,— вовсе не отдельное явление, а просто остаток гравитационного притяжения между бранами¹, а темная материя — просто обычная материя на соседней бране. Случается, что браны сталкиваются, отчего и происходят «большие взрывы» в пределах разных бран, а затем все происходит так, как мы уже видели.

Эти модели необычайно элегантны, к тому же обладают дополнительным преимуществом — им не нужна инфляция, чтобы объяснить проблемы плоского мира и горизонта. Кроме того, проблема «увеличения беспорядка» решается совершенно по-новому. С каждым циклом браны становятся все более эластичными, а это означает, что беспорядок распространяется по все большему и большему объему. Однако крошечный лоскуток, который мы называем нашей Вселенной,— всего лишь клочок браны, поэтому мы с каждым повторением начинаем почти что с нуля.

«Гравитационное притяжение между бранами» часто называют «любовью» (особенно в научном сообществе, где никто не придает значения внешней красоте).

Звучит великолепно — но ведь все эти модели требуют, чтобы теория струн оказалась верной, а по этому поводу мнения, прямо скажем, расходятся. Есть множество условий, при которых Вселенная способна претерпеть череду сжатий и расширений, и теория струн — лишь один вариант из нескольких. Если верна петлевая квантовая теория гравитации, например, то при попытке посмотреть кинохронику Вселенной вы бы застряли в планковском времени — Вселенная буквально не в состоянии стать меньше и моложе, чем тогда. В результате время автоматически обратится вспять. Иначе говоря, естественным решением всех проблем было бы предположение о том, что Вселенная вечна.

В конечном итоге теория Большого взрыва обладает тем же основным недостатком, что и теория эволюции. Обе практически идеально описывают, как Вселенная (или жизнь на Земле) менялась после зарождения, но ни та ни другая не в силах объяснить, с чего все началось. Нельзя винить теорию в том, что она объясняет не абсолютно все, но это не отменяет природной любознательности. Ответ на вопрос крошки Билли может закончиться словами: «И откуда ты взялся, мы тоже не знаем».

Наши сновидения таят в себе множество тайн и загадок, расшифровать которые не под силу простому обывателю. Поэтому нет ничего удивительного в том, что тайна сна из покон веков будоражила пытливые умы стремящихся к знаниям людей. Если Вы относитесь к их числу, то настоятельно рекомендую Вам посетить сайт www.mirmistiki.net.ua.

ИНОПЛАНЕТЯНЕ >>

VIII. Что было до начала?

Не будем лениться и повторим: общая теория относительности предполагает, что никакого «до Большого взрыва» не было. Крошке Билли достаточно знать, что никакого времени тогда не существовало. Однако некоторое пространство для маневра у нас есть. Поскольку мы не знаем даже с отдаленным подобием определенности, что произошло до планковского времени, мы уж точно не знаем, что происходило до Большого взрыва. Так или иначе, нам остается одна из двух возможностей.

1. У Вселенной был некоторый момент начала — в этом случае у нас остается больной вопрос о том, что привело к ее созданию.

2. Вселенная была всегда — в этом случае существует буквально бесконечное количество историй, как до нас, так и после.

Ни тот ни другой вариант нас полностью не удовлетворяет, и оба ставят перед нами проблемы, которые не по зубам даже религиям. Например, Ветхий Завет начинается со слов «В начале». Следует понимать, что мир создал Бог. В таком случае Вселенная — наша Вселенная — началась в определенный момент. Однако сам Господь, как предполагается, вечен. Чем же он занимался до создания Вселенной?

Ничуть не лучше предположить, будто Вселенная ни с того ни с сего взяла и создала сама себя. Тогда надо сформулировать сколько-нибудь жизнеспособную модель, объясняющую, что заставило Вселенную все это затеять. Особенно хитроумный фокус (или теорию, если вам так больше нравится) предложил в 1982 году Алекс Виленкин из Университета Тафте — он показал, что данные квантовой механики проливают некоторый свет на возникновение мультивселенной.

Во-первых, Виленкин отметил, что если нам надо каким-то образом доказать, что Вселенная началась с крошечного пузырька, следует учесть, что могло произойти два события. Если бы пузырек был достаточно велик, энергия вакуума заставила бы его расширяться и подвергнуться инфляции. Если бы пузырек был слишком мал, он бы схлопнулся. Но мистер Хайд в главе 2 преподал нам важный урок. Когда имеешь дело с квантовой механикой, все происходит не так, как ожидается. Помните, как Хайд «случайно» появлялся из дыры в земле? Точно так же маленькая вселённая могла бы случайным образом туннелироваться в более крупную. Модель Виленкина поражает тем, что даже если сделать «маленькую» вселенную — сколь угодно маленькую,— туннелирование все равно возможно. Оно возможно даже в том случае, когда вселенная вообще не обладает никаким размером. А как мы называем нечто лишенное размера? Ничто.

До Большого взрыва Вселенная находилась в таком состоянии, когда ее размер (честное слово) равнялся нулю, а время было неопределенным по своей сути. Затем Вселенная туннелировала из ничего в расширяющуюся ветвящуюся Вселенную, которую мы уже видели. Проблема в том, что «ничто», из которого возникла Вселенная, было не совсем ничто. Оно должно было каким-то образом понимать, что такое квантовая механика, а нас приучили думать, что физика присуща Вселенной имманентно. Неприятно думать, будто физика существовала до начала Вселенной или, если уж на то пошло, до начала времен.

Разумеется, это основная проблема любой теории происхождения Вселенной. Получается, что вся эта сверхсложная структура должна была возникнуть из ничего, и это не укладывается в голове.

Вторая возможность так же огорчительна. Мультивселенная вполне способна быть буквально вечной или по меньшей мере обладать бесконечной историей. Углубляться в философию или теологию мы здесь не будем. Однако мы вправе задать вопрос о том, как же устроена бесконечная Вселенная.

Если для Вас самая лучшая часть дня – утро, которое Вы проводите наедине с собой, неторопливо попивая чай из китая и только начинаете постигать азы чайных традиций поднебесной? Тогда настоятельно рекомендую Вам посетить сайт www. mstea.ru.

Теории мультивселенной >>