Остров знаний. Пределы досягаемости большой науки - Марсело Глейзер

Если бы я писал статью на эту тему, я бы назвал ее «Когда сталкиваются вселенные».[80] Могла ли соседняя вселенная в прошлом столкнуться с нашей? Очевидно, даже если это произошло, столкновение не было очень сильным, иначе ни нас, ни наших рассуждений об этом уже бы не существовало. Но соседние вселенные действительно могут сталкиваться по мере роста и расширения – или, скорее, касаться друг друга, потому что слово «столкновение» звучит слишком жестко. В 2007 году Алан Гут совместно с Алексом Виленкиным и Хауме Гаррига из Барселонского университета предположили, что подобное соприкосновение действительно имело место. Если представить себе два столкнувшихся мыльных пузыря, можно понять, что такое соприкосновение вызовет вибрацию поверхностей вселенных. Затем такая вибрация передастся внутрь пузыря и заставит дрожать все, что находится в нем. Столкновение вызвало бы колебания в космической геометрии обоих вселенских пузырей. Такие колебания шли бы по пространству, как волны по воде, заставляя людей и неживые объекты подниматься и опускаться. Интересно, что такие волны могут быть дискообразными – похожими на круги на поверхности воды. Соответственно, микроволновая карта неба должна отображать кольцевые узоры в том месте, где произошло столкновение.

Некоторые космологи, включая Энтони Агирре из Калифорнийского университета в Санта-Крузе, Мэтью Клебана из Университета Нью-Йорка и их сотрудников, разработали теоретические сценарии того, какие следы подобных событий в прошлом могли бы дойти до наших дней. К примеру, в фотонах базового излучения могли бы наблюдаться кольцевые колебания температур разных размеров и разной интенсивности в зависимости от характера столкновения. Кроме того, фотоны также могли бы иметь поляризационный рисунок, то есть располагаться на небе в определенной последовательности, как костяшки домино, поставленные вертикально.[81] Первые исследования, проведенные с использованием данных спутника WMAP, не дали положительных результатов, но это не означает, что вопрос можно признавать окончательно решенным. Команда орбитальной станции «Планк» готовит к публикации данные, которые могут содержать сигнатуры, ожидаемые Клебаном и его командой: дискообразные круглые узоры в фоновом излучении с двумя пиками поляризации фотонов, направленными в определенную точку у края диска. Такая сигнатура будет уникальной и станет достаточным подтверждением того, что столкновение вселенных действительно имело место в далеком прошлом, ведь привести другие объяснения ее существованию вряд ли удастся.

Обратите внимание, что даже в этом случае мы не сможем узнать почти ничего о физике, действующей в соседней вселенной, то есть о существующей в ней материи и силах и о том, сходны ли ее законы с нашими (хотя расчеты параметров столкновения строятся на том, что это так по крайней мере в общем смысле). Мы всего лишь увидим призрак альтернативной реальности за пределами нашей Вселенной, манящей, но недоступной, реальной, но непознаваемой. Даже если сценарий струнного ландшафта получит косвенное подтверждение из области физики частиц и, соответственно, еще больше подкрепит гипотезу Мультивселенной, мы никогда не узнаем, сколько вселенных соприкасались с нашей в прошлом, возможно ли подобное событие в будущем и приведет ли оно к нашей гибели (скорее всего, да). Мы будем подобны героям из легенд, которые, пройдя многочисленные испытания, находят темный артефакт, обладающий невероятной разрушительной силой. Открытие соседней вселенной вызовет у нас одновременно триумфальное ликование и первобытный страх. Чтобы развить эту метафору, можно вспомнить, что мы ищем в небе кольцеобразные узоры. На ум сразу же приходят «Кольцо нибелунгов» Рихарда Вагнера и «Кольцо всевластия», принадлежавшее Владыке Саурону в книгах Дж. Р. Р. Толкина.

Несмотря на то что шансы обнаружить подобный узор в фоновом излучении крайне малы, Агирре, Клебан и их коллеги указывают на один важный момент. Существование других вселенных, которое до этого казалось предметом изучения скорее эзотерики, чем физики, сегодня находится в области экспериментально доказуемого. Как это часто случается с экзотическими темами исследований, даже пусть шансы на успех невелики, результат в случае удачи будет настолько важным, что окупит все затраченные усилия. Однако я хотел бы еще раз подчеркнуть, что обнаружение соседней вселенной нельзя будет считать доказательством существования Мультивселенной. В рамках современных физических формулировок гипотеза множественности вселенных, несмотря на всю свою убедительность, не может быть доказана экспериментально. Нельзя автоматически экстраполировать данные о двух (или нескольких) вселенных на их бесконечное количество.

Кроме того, само понятие «бесконечное количество» тоже, в принципе, не доказуемо. Для того чтобы быть уверенными в бесконечности космоса, мы должны получить сигнал с бесконечно далекого расстояния (то же самое верно для бесконечности времени и далекого прошлого). Чтобы знать о вечном расширении Вселенной, мы должны вечно отслеживать это расширение, причем мы не можем знать наверняка, не поступят ли к нам в будущем новые данные, указывающие на то, что расширение остановилось или обратилось вспять. Несмотря на то что понятие бесконечности имеет для нас огромную математическую привлекательность и кажется совершенно естественным, мы никогда не узнаем наверняка, существует ли оно в Природе. В физическом мире бесконечное означает неизвестное. Все, что мы можем, – это рассуждать о его существовании, сидя на берегу своего Острова знаний.

Инфляционная гипотеза и возможное существование Мультивселенной доводят понятие испытуемости в физике до крайности. Мы уже знаем, почему так происходит с понятием Мультивселенной, которое, в строгом смысле, нельзя подтвердить экспериментально. В случае с инфляцией все немного тоньше. Инфляционная космология в своей наиболее независимой от моделей форме делает некоторые предположения, действительность которых была подтверждена. Основные из них – плоскость Вселенной и температурная гомогенность и изотропность фонового излучения. Но нам следует помнить, что на самом деле это вовсе не предположения, проистекающие из инфляционной гипотезы. Наоборот, инфляционная гипотеза была специально создана для того, чтобы найти ответы на вопросы о плоскости Вселенной и космическом горизонте, возникающие в стандартной космологии Большого взрыва. Нет ничего удивительного в том, что она выполняет свою задачу.

Если говорить о по-настоящему новых предположениях, выдвинутых в рамках инфляционной гипотезы, то в первую очередь следует упомянуть предсказанные ею колебания гомогенного фона фотонов в микроволновом излучении. Согласно инфляционной космологии, эти колебания, похожие на крошечные волны на поверхности озера, вызываются квантовыми колебаниями скалярного поля, которое и является причиной инфляции. В процессе инфляции эти небольшие участки растягиваются на огромные расстояния, в конце концов выходящие за пределы космического горизонта. По мере расширения Вселенной некоторые из этих флуктуационных волн возвращаются в область, ограниченную космическим горизонтом, но уже в астрономическом размере. А если где-то есть избыток энергии, гравитация привлечет в это место материю (в основном атомы водорода). Точно так же и фотоны из фонового излучения будут стремиться к этим более насыщенным областям космоса, приобретая при этом энергию (то есть повышая свою температуру). Это движение будет приводить к крошечным температурным колебаниям в фоновом излучении. Через миллионы лет материя, собравшаяся в участках с избыточной энергией, превратится в первые звезды, а затем и галактики. Итак, величайший триумф инфляционной космологии состоит в том, что она описывает механизм появления галактик и объясняет их распределение в пространстве в форме иерархии скоплений, похожей на пену в ванне.[82]