Наша математическая вселенная. В поисках фундаментальной природы реальности - Макс Тегмарк

Мультиверс: счет после первого периода

В этой главе мы рассмотрели множество безумно звучащих идей, так что отступим на шаг назад и осмотрим картину в целом. Я вижу в инфляции объяснение, которое не ограничивается расширением или раздуванием. Так же, как клеточное деление не приводит к рождению лишь одного ребенка, инфляция не ограничивается одной вселенной, а порождает огромный ансамбль параллельных вселенных, вероятно, реализующий все возможные варианты, о которых мы можем рассуждать в терминах фундаментальных постоянных. Это объясняет еще одну загадку – тот факт, что наша Вселенная «настроена» для жизни. Большинство параллельных вселенных, порождаемых инфляцией, мертво, однако условия в некоторых подходят для жизни, и неудивительно, что именно в такой вселенной мы находимся.

Мой коллега Эдди Фархи называет Алана Гута «Позволителем»: всему, что в принципе может случиться, вечная инфляция позволяет произойти. Она порождает пространство, где это может случиться, и создает начальные условия, позволяющие разыграться всем историям. Иными словами, инфляция – это процесс, превращающий потенциальное в реальное.

Если вы чувствуете дискомфорт, рассуждая о мультиверсе II уровня, можете говорить о пространстве, помня, что все наши параллельные вселенные I и II уровня – лишь отдаленные области бесконечного пространства. Просто структура этого пространства гораздо богаче, чем мог себе представить Евклид: оно расширяется, и мы можем видеть лишь малую его часть, которую называем Вселенной, а свойства его отдаленных областей гораздо разнообразнее того, что видно в телескопы. Описание в гл. 3 нашей Вселенной как однородной – лишь часть картины, верная для промежуточных масштабов: гравитация заставляет вещество скучиваться и образовывать интересные структуры на меньших масштабах, а инфляция порождает разнообразие и интересные возможности на больших масштабах.

Если вы все еще не привыкли к идее параллельных вселенных, вам может помочь следующее. Алан Гут упомянул в недавнем докладе, прочитанном в Массачусетском технологическом институте, следующее. Когда мы открываем в природе некий объект, научный подход к делу предполагает поиск породившего его механизма. Автомобили строят на автозаводах, кролики появляются на свет при участии родителей-кроликов, а планетные системы рождаются при гравитационном коллапсе гигантских молекулярных облаков. Резонно предположить, что наша Вселенная порождена неким механизмом созидания вселенных (возможно, инфляцией, а может, и чем-либо совершенно иным). И вот ключевой момент: все прочие упомянутые механизмы естественным образом порождают множество экземпляров того, что они создают. Космос, содержащий лишь один автомобиль, одного кролика и одну планетную систему, кажется очень неестественным. По той же причине гораздо естественнее такой механизм созидания вселенных (каким бы он ни был), который порождает множество вселенных, а не ту единственную, в которой обитаем мы.

Применив этот аргумент к механизму (каким бы он ни был), запустившему инфляцию и в итоге породившему наш мультиверс II уровня, мы придем к выводу, что он, вероятно, породил множество мультиверсов II уровня, не связанных друг с другом. Однако этот вариант кажется непроверяемым, поскольку он не добавляет никаких качественно иных миров и не изменяет распределения вероятностей их свойств: ведь все возможные мультиверсы I уровня уже реализованы внутри каждого мультиверса II уровня.

Кроме инфляции могут существовать иные механизмы образования вселенных. Идея, предложенная Ричардом Толманом и Джоном Уилером и недавно доработанная Полом Стейнхардтом и Нилом Тароком, состоит в том, что наша космическая история циклична и проходит через бесконечную серию Больших взрывов. Если это так, то ансамбль воплощений также представляет собой мультиверс, разнообразие которого, вероятно, сравнимо с мультиверсом II уровня.

Ли Смолин предложил еще один механизм рождения вселенных, включающий мутации и отпочковывание новых вселенных через черные дыры, а не рождение их в ходе инфляции. Это тоже приводит к мультиверсу II уровня с естественным отбором, отдающим предпочтение вселенным, порождающим максимальное число черных дыр. Мой друг Эндрю Гамильтон (гл. 4), возможно, открыл такой механизм созидания вселенных: он исследовал неустойчивость, которая возникает внутри черных дыр вскоре после их образования. Она оказалась достаточно энергичной, чтобы запустить инфляцию, способную породить мультиверс I уровня, целиком содержащийся внутри исходной черной дыры – хотя его обитатели, вероятно, никогда не узнают об этом.

В сценариях мира на бране другой трехмерный мир может буквально быть параллелен нашему, находясь на небольшом расстоянии от него в дополнительном измерении. Однако я не думаю, что такой мир (брана) заслуживает названия параллельной вселенной, отдельной от нашей собственной, поскольку он может взаимодействовать с нами гравитационно во многом так же, как темная материя.

Параллельные вселенные остаются крайне спорным вопросом. Однако за последние десятилетия в научном сообществе наметился сдвиг: мультиверсы перестали быть предметом забот лишь безумцев. Теперь их обсуждают на физических конференциях и в рецензируемых статьях. Я думаю, что большую роль в этом сдвиге сыграл успех прецизионной космологии и теории инфляции, а также открытие темной энергии и неудачное объяснение иными способами ее точной настройки. Даже те из моих коллег, кому не нравится идея мультиверса, теперь склонны признать, что основные аргументы в его пользу имеют смысл. В целом критика изменилась с «это не имеет смысла, и я это ненавижу» на «я это ненавижу».

Я считаю, работа ученых состоит не в том, чтобы указывать Вселенной, как ей функционировать, а в том, чтобы непредубежденно исследовать ее и пытаться понять, как она функционирует.

Мы склонны высокомерно изображать себя центром мира, где все вращается вокруг нас. Постепенно мы усвоили, что вращаемся вокруг Солнца, которое вращается вокруг одной из бессчетного числа галактик. Благодаря прорывам в физике мы все глубже познаем природу реальности. Пока мы поднялись только на два уровня мультиверсов. Предстоит пройти еще два, и в следующей главе мы начнем изучать мультиверс III уровня. За все это мы платим тем, что становимся скромнее (что, возможно, делает нас лучше), но обнаруживаем, что живем в реальности, которая величественнее всего, что могли себе представить предки в самых буйных фантазиях.

Резюме

• Параллельные вселенные – не теория, а предсказание некоторых теорий.

• Вечная инфляция предсказывает, что наша Вселенная (физическая область пространства, откуда свет успел дойти до нас за 14 млрд лет, с момента нашего Большого взрыва) – это лишь одна из бесконечного числа вселенных мультиверса I уровня, в котором происходит все, что может произойти.

• Чтобы теория была научной, нам не обязательно иметь возможность наблюдать или проверять все ее предсказания – достаточно хотя бы одного. Инфляция – это лучшая теория, объясняющая наше космическое происхождение, поскольку она выдерживает проверку наблюдениями, а параллельные вселенные, по-видимому, являются неотъемлемой частью этого теоретического пакета.

• Инфляция превращает потенциальное в реальное: если математические уравнения, описывающие однородное пространство, имеют множество решений, то вечная инфляция будет порождать бесконечные области пространства, реализующие каждое из этих решений. Так устроен мультиверс II уровня.

• Многие физические законы и постоянные в мультиверсе I уровня могут изменяться в мультиверсе II уровня, так что в параллельных вселенных I уровня студенты изучают одну и ту же физику, но разную историю, а в параллельных вселенных II уровня они изучают и разную физику.

• Это может объяснить, почему многие константы в нашей Вселенной настолько точно настроены для жизни, что если немного изменить их значения, то жизнь, какой мы ее знаем, станет невозможной.

• Кроме того, это наделяет новым смыслом множество числовых параметров, измеряемых в физике: они не говорят нам ничего фундаментального о физической реальности, а описывают в основном нечто, относящееся к нашему местоположению в ней, и образуют наш космический почтовый индекс.

• Хотя эти параллельные вселенные остаются предметом споров, основная критика в их адрес поменялась с «Это не имеет смысла, и я это ненавижу» на «Я это ненавижу».

Часть II. Все мельче и мельче

Глава 7. Космическое «лего»

Все, что мы называем реальным, состоит из вещей, которые не могут рассматриваться как реальные.

«Нет, это какая-то ерунда! Здесь где-то ошибка», – я один в комнате подруги в стокгольмском общежитии готовлюсь к первому экзамену по квантовой механике. В учебнике говорится: малые объекты, вроде атомов, могут находиться в нескольких местах одновременно, а крупные объекты, вроде людей, – не могут. «Как бы не так! – говорю я себе. – Люди состоят из атомов, и если те могут быть в нескольких местах сразу, то и мы, конечно, тоже!» Там также сказано, что всякий раз, когда некто наблюдает, где находится атом, тот случайным образом прыгает в одно из тех мест, где он ранее пребывал. Но я не нашел ни одного уравнения, описывающего, что именно полагается считать наблюдением. «Может ли робот считаться наблюдателем? А отдельный атом?» В книге говорилось лишь, что любая квантовая система изменяется детерминистическим образом согласно уравнению Шредингера. Но разве это логически совместимо с подобными случайными прыжками?