И точно так же, как вы можете иметь один электрон, или два электрона или 202 электрона, но вы не можете иметь 1,6 электрона или любое иное дробное число, расчеты показывают, что поверхности могут иметь площади, которые составляют один квадрат длины Планка, или два квадрата длины Планка или 202 квадрата длины Планка, но никакие дроби невозможны. Еще раз, это сильная теоретическая подсказка, что пространство, как и электроны, начинается с дискретных неделимых кусков. [11]

Если бы я решился погадать на будущие разработки, я представил бы, что независимые от фона техники, разработанные сообществом петлевой квантовой гравитации, будут адаптированы к теории струн, вымостив путь для струнной формулировки, которая не зависит от фона. А это явится искрой, я подозреваю, которая воспламенит третью суперструнную революцию, в которой, я оптимистичен, многие из остающихся глубоких тайн будут решены. Такие разработки, вероятно, также замкнут полный круг долгой истории пространства-времени. В предыдущих главах мы следовали за маятником мнений, когда он качался между реляционистской и абсолютистской позициями по поводу пространства, времени и пространства-времени. Мы спрашивали: Является ли пространство чем-то или нет? Является ли пространство-время чем-то или нет? И в течение нескольких столетий размышлений, мы сталкивались с различными взглядами. Я верю, что экспериментально подтвержденный, независимый от фона союз между ОТО и квантовой механикой даст благодарное решение этой проблемы. Благодаря преимуществу независимости от фона ингредиенты теории могут состоять в некоторых отношениях с такими же другими, но в отсутствие пространства-времени, которое вставлялось в теорию извне, там не будет фоновой арены, в которую они сами были вставлены. Только относительные взаимосвязи будут иметь значение, решение почти в духе реляционистов вроде Лейбница и Маха. Когда ингредиенты теории, – будь это струны, браны, петли или что-то другое, открытое в ходе будущих исследований, – объединяются, чтобы произвести привычное, крупномасштабное пространство-время (или наше реальное пространство-время, или гипотетические примеры, пригодные для мысленных экспериментов), оно будет "чем-то" заново открытым, почти как в нашем раннем обсуждении ОТО: в во всех других отношениях пустом, плоском, бесконечном пространстве-времени (один из подходящих гипотетических примеров) вода в ньютоновском вращающемся ведре будет принимать изогнутую форму. Существенным моментом будет то, что различие между пространством-временем и более ощутимыми материальными сущностями почти совершенно испарится, так как все они будут возникать из подходящих совокупностей более базовых ингредиентов в теории, которая будет фундаментально относительной, без пространства и без времени. Если так и окажется, Лейбниц, Ньютон, Мах и Эйнштейн все смогли бы заявить права на часть победы.

Внутреннее и внешнее пространство

Рассуждения о будущем науки являются занимательным и конструктивным упражнением. Они помещают наше сегодняшнее дело в более широкий контекст и подчеркивают всеобъемлющие цели, в направлении которых мы медленно и осознанно трудимся. Но когда такие рассуждения применяются к будущему самого пространства-времени, они приобретают почти мистическое качество: мы рассматриваем судьбу тех самых вещей, которые господствуют в нашем ощущении реальности. Еще раз, вопрос не в том, что безотносительно к будущим открытиям пространство и время будут продолжать формировать наше индивидуальное восприятие; пространство и время, пока движется повседневная жизнь, будут стоять рядом. Что будет продолжать изменяться и, вероятно, изменяться радикально, так это наше понимание обеспечивающей их системы, – что означает, арены эмпирической реальности. После столетий размышлений мы все еще можем дать только словесное описание пространства и времени, как самого привычного из странного. Они беззастенчиво идут своим путем через наши жизни, но ловко скрывают свою фундаментальную структуру за теми же самыми ощущениями, которые они полностью формируют и на которые влияют.

На протяжении последней сотни лет мы стали близко знакомы с некоторыми ранее скрытыми свойствами пространства и времени благодаря двум теориям относительности Эйнштейна и благодаря квантовой механике. Замедление времени, относительность одновременности, альтернативные сечения пространства-времени, вероятностная природа реальности, дальнодействующее квантовое запутывание не были в списке вещей, которые даже лучшие из физиков мира девятнадцатого века могли бы ожидать найти прямо за углом. А они, однако, там были, что подтвердили как экспериментальные результаты, так и теоретические объяснения.

В нашу эпоху мы подошли к нашему собственному великолепию неожиданных идей: темная материя и темная энергия, которые оказались, несомненно, доминирующими составляющими вселенной. Гравитационные волны – рябь на ткани пространства-времени, – которые были предсказаны ОТО Эйнштейна и однажды позволят нам бросить взгляд дальше назад во времени, чем когда-либо ранее. Океан Хиггса, который пронизывает все пространство и который, если это подтвердится, поможет нам понять, как частицы приобретают массу. Инфляционное расширение, которое может объяснить форму космоса, решить загадку, почему он так однороден на больших масштабах, и установить направление стрелы времени. Теория струн, которая постулирует петли и обрывки энергии вместо точечных частиц и предлагает смелую версию мечты Эйнштейна, в которой все частицы и все силы объединены в единственную теорию. Дополнительные пространственные измерения, возникающие из математики теории струн, и, возможно, обнаруживаемые экспериментами на ускорителях в течение следующего десятилетия. Мир на бране, в котором наши три пространственные измерения могут быть лишь одной вселенной среди многих, плавающих в многомерном пространстве-времени. И, возможно, даже новое пространство-время, в котором сама ткань пространства и времени составлена более фундаментальными беспространственными и безвременными сущностями.

В течение следующего десятилетия все более мощные ускорители обеспечат почти необходимый экспериментальный вклад, и многие физики уверены, что данные, собранные из высокоэнергетических столкновений, которые планируются, подтвердят большое число стержневых физических построений. Я разделяю этот энтузиазм и страстно ожидаю результатов. До тех пор, пока наши теории не соприкоснулись с наблюдаемыми, проверяемыми явлениями, они остаются в подвешенном неопределенном состоянии – они остаются многообещающими коллекциями идей, которые могут иметь или могут не иметь отношения к реальному миру. Новые ускорители существенно продвинут вперед уменьшение зазора между теорией и экспериментом и, мы, физики, надеемся, введут многие из этих идей в область признанной науки.

Но имеется другой подход, который, будучи более чем смелым предположением, наполняет меня несравненным удивлением. В Главе 11 мы обсуждали, как эффекты мельчайших квантовых скачков могут быть заметны на любом ясном ночном небе, поскольку они были чудовищно растянуты космическим расширением, приведя в итоге к сгущениям, давшим начало формированию звезд и галактик. (Повторим аналогию с мельчайшими черточками, нарисованными на воздушном шаре, которые растягиваются по его поверхности, когда шар раздувается). Это осознание наглядно дает доступ к квантовой физике через астрономические наблюдения. Вероятно, это может быть продвинуто даже дальше. Возможно, космическое расширение может растянуть отпечатки даже самых мелкомасштабных процессов или свойств – физики струн или, возможно, квантовой гравитации, или атомистической структуры самого ультрамикроскопического пространства-времени – и распространить их влияние, в некотором тонком, но наблюдаемом смысле, через небеса. Это означает, может быть, что вселенная уже расписана микроскопическими волокнами ткани космоса и явно раскрывает их через небо, и все, что нам нужно, это научиться, как распознавать картинку.

Оценка самых современных предложений для глубоких физических законов может в будущем потребовать, чтобы дикая мощь ускорителей частиц была в состоянии воссоздать неистовые условия, невиданные с моментов после Большого взрыва. Но для меня не будет ни достижения более поэтичного, ни итога более привлекательного, ни унификации более полной, чем подтвердить для нас наши теории ультрамалого – наши теории об ультрамикроскопической структуре пространства, времени и материи – просто через нацеливание наших самых мощных телескопов в небо и через безмолвный пристальный взгляд на звезды.