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

Поскольку эта фотография состоит из пикселов, она содержит конечное количество информации и ее удобно передавать по интернету. Аналогично, имеется все возрастающее количество данных, свидетельствующих в пользу того, что наблюдаемая Вселенная содержит лишь конечное количество информации, и это могло бы упростить понимание того, как природа вычисляет, что делать дальше. Голографический принцип (гл. 6) предполагает, что наша Вселенная содержит не более чем 10124 битов информации, что соответствует в среднем 10 терабайтам на каждый объем, в котором мог бы уместиться атом.

Меня беспокоит вот что. Из квантово-механического уравнения Шредингера (гл. 7) следует, что информация не может быть создана или уничтожена. Это значит, что количество гигабайтов на литр пространства убывает по мере расширения Вселенной. Согласно сценарию Большого замерзания (варианту космокалипсиса, наиболее популярному среди моих коллег-астрофизиков), это расширение продолжается вечно. Но что случится, когда плотность информации снизится до мегабайта на литр – меньше, чем в сотовом телефоне? Или байта на литр? О том, что тогда случится, мы не можем сказать ничего конкретного, пока не построена детальная модель, заменяющая современное непрерывное пространство. Но, я думаю, было бы разумно поставить на то, что в этом случае произойдет нечто нехорошее, из-за чего законы физики постепенно изменятся, а наша форма жизни вымрет. Вот это я называю Большим дроблением.

А вот что беспокоит меня еще сильнее. Простой расчет показывает, что это случится в пределах нескольких миллиардов лет – даже раньше, чем Солнце исчерпает свое топливо и поглотит Землю. Наша лучшая теория, объясняющая, что сделало взрывом наш Большой взрыв – это теория инфляции (гл. 5), и она утверждает, что в самом начале Вселенная испытала невероятно быстрое растяжение пространства и некоторые области растянулись гораздо сильнее других. Если пространство может растягиваться лишь до некоторого предела, прежде чем случится Большое дробление, то главная часть объема (а, следовательно, галактик, звезд, планет и наблюдателей) окажется в областях, которые растянуты до предела и близки к дроблению.

На что будет похоже надвигающееся Большое дробление? Если гранулярность пространства растет постепенно, то сначала беспорядок затронет структуры самого малого размера. Сначала мы заметим, что начинают изменяться некоторые свойства вещества, изучаемые ядерной физикой, например прежде стабильные атомы начнут испытывать радиоактивный распад. Затем начнет изменяться атомная физика, внося беспорядок в химию и биологию. К счастью, Вселенная обеспечила нас гамма-всплесками, которые, подобно шахтерской канарейке, служат удобной системой раннего предупреждения. Гамма-всплески – это катастрофические космические взрывы, дающие хорошо распознаваемые коротковолновые сигналы в гамма-диапазоне, которые способны пройти половину поперечника нашей Вселенной. В непрерывном пространстве электромагнитные волны независимо от своей длины движутся с одинаковой скоростью – со скоростью света, но в простейших вариантах гранулярного пространства более короткие волны движутся чуть медленнее. Согласно недавним наблюдениям, гамма-лучи с сильно различающимися длинами волн, соревнуясь друг с другом миллиарды лет движения сквозь космос от далекого взрыва, прибыли к фотофинишу одновременно с точностью до сотой доли секунды. Если верить этому результату, то Большое дробление не случится еще миллиарды лет, что идет вразрез с предсказаниями из предыдущего абзаца.

На самом деле проблема еще серьезнее. Наше пространство не расширяется однородно: некоторые области, такие как наша Галактика, вовсе не расширяются. Можно поэтому представить себе обитающих в галактиках наблюдателей, которые будут долго и счастливо жить после того, как межгалактическое пространство подвергнется Большому дроблению, поскольку пагубные эффекты не будут проникать в галактики из отдаленных областей. Но этот сценарий спасает только наблюдателей, а не лежащую в основе теорию! В действительности расхождение между теорией и наблюдениями становится еще серьезнее: если повторить предыдущее рассуждение, то теперь оно предсказывает, что мы с наибольшей вероятностью должны обитать в галактике после того, как Большое дробление охватило большую часть окружающего пространства, так что отсутствие странных задержек в гамма-излучении объяснить еще труднее.

Итак, мы состряпали странное варево, смешав некоторые наиболее ценные ингредиенты из космологии и квантовой физики, добавив немного экспериментальных данных и взболтав. Результат? Ингредиенты плохо смешиваются, а значит, по крайней мере с одним из них что-то не в порядке. Я люблю тайны, и для физиков парадоксы – это лучшие подарки природы, часто служащие наводкой для будущих открытий. Я думаю, что мы на подходах к прорыву в вопросе о природе пространства, и парадокс Большого дробления служит интересной подсказкой.

Будущее жизни

Начав с полной физической реальности мультиверса IV уровня, мы углубились в нашу конкретную вселенную и поговорили о ее судьбе в отдаленной перспективе. Продолжим движение к дому и рассмотрим будущее жизни. Из всех поразительных свойств во Вселенной самым вдохновляющим я нахожу то, что она оживает и порождает самосознающие сущности вроде нас с вами, которые могут оценить ее тайны и насладиться ими.

Каковы перспективы жизни? Одиноки ли люди во Вселенной? Или где-нибудь существуют иные цивилизации, способные с нами взаимодействовать и нас уничтожить? Будет ли человечество расселяться во Вселенной, возможно, в другой эволюционировавшей форме? Мы рассмотрим эти вопросы ниже, а пока коснемся других, более насущных: каковы главные угрозы жизни на нашей планете, что можно им противопоставить?

Экзистенциальные угрозы

Когда мне было 15 лет, мне пришла в голову шокирующая мысль. Я хорошо знал, что вызывает у людей беспокойство: нас тревожат наши собственные трудности, например здоровье, деньги и карьера, а также опасности, угрожающие нашей семье, друзьям и обществу. Но что можно сказать об угрозах самой жизни на Земле? Беспокоят ли они нас по-настоящему? Нет, нисколько!

Я понял, что проживаю жизнь, убаюканный ложным чувством безопасности, наивно веря, что обо всем, о чем надо беспокоиться, уже позаботились другие. В детстве я не волновался об ужине, поскольку знал, что у родителей есть планы на этот счет. Я не беспокоился о своей безопасности, поскольку знал, что пожарные и полиция знают свое дело. Постепенно я стал понимать, что взрослые не всезнающи и не всемогущи, как казалось, и что есть множество мелких проблем, которые я должен решать сам. Но по-настоящему крупные, самые важные проблемы, стоящие перед человечеством, должны иметь наивысший приоритет у наших политических лидеров. Так?

Я никогда не задумывался об этом, пока ужасная правда, словно кирпич, не свалилась на меня, когда мне было пятнадцать. Лично для меня звонком будильника стало изучение гонки ядерных вооружений. Я был глубоко поражен, когда понял, что мы, миллиарды людей, живем на драгоценной, прекрасной голубой планете, и хотя почти никто из нас не хочет полномасштабной ядерной войны, есть существенный риск, что она разразится еще в течение моей жизни, скорее всего по ошибке. Возможно, риск составляет 1 % в год, или в 100 раз меньше, или в 10 раз больше. В любом случае, риск абсурдно велик. Тем не менее он даже не считается главной темой на выборах. Более того, ядерная война – лишь одна из множества экзистенциальных угроз (термин Ника Бострема): в этих случаях речь идет либо о гибели разумной жизни на Земле, либо о радикальном и необратимом сокращении ее потенциала[94].

Гораздо поэтичнее, чем я в подростковом возрасте, описал проблему американский архитектор-футурист Бакминстер Фуллер. Он представил ее как коллективное путешествие на космическом корабле «Земля». Плывя по холодному и пустынному пространству, наш корабль обеспечивает нас всем необходимым и защищает нас. Он располагает значительными, но ограниченными запасами воды, провианта и топлива. Его атмосфера сохраняет тепло и (благодаря озоновому слою) защищает нас от солнечного ультрафиолета, а его магнитное поле – от смертельных космических лучей. Наверняка любой ответственный капитан космического корабля сделал бы высшим приоритетом его безопасность и избегал бы столкновения с астероидами, взрывов на борту, перегрева, разрушения ультрафиолетовой защиты и истощения запасов? Однако экипаж нашего корабля не объявил высшим приоритетом ни один из этих вопросов и направляет на их решение (по моим оценкам) менее миллионной доли своих ресурсов. Фактически у нашего корабля даже нет капитана!