Математика космоса. Как современная наука расшифровывает Вселенную - Йен Стюарт

Важно ли это? Еще как. Разные значения констант ведут к разной физике. Если постоянная тонкой структуры была бы чуть больше или чуть меньше, атомы имели бы другую структуру и, возможно, вообще потеряли бы стабильность. Так что на свете не было бы ни людей, ни планеты, на которой они могли бы жить, ни атомов, из которых можно было бы составить то и другое.

По мнению многих космологов и физиков, значения констант, при которых существование человека возможно в принципе, не должны отклоняться больше чем на несколько процентов от их значений в этой Вселенной. Шанс на то, что это условие будет выполнено хотя бы для одной константы, примерно соответствует шансу выбросить монетку орлом шесть раз подряд. Поскольку таких констант по крайней мере 26, шанс на то, что все константы нашей Вселенной имеют те значения, которые имеют, и таким образом делают ее пригодной для существования жизни, соответствует шансу выбросить монетку орлом 156 раз подряд. Вероятность этого примерно равна 10↑–47, или

Таким образом, нас, по идее, существовать не должно.

Тем не менее… вот они мы. И это загадка.

Некоторые религиозные люди видят в этом расчете доказательство существования Бога, который во всемогуществе своем имел возможность выбрать именно те величины для фундаментальных констант, которые делают жизнь возможной. Однако Бог, обладающий подобными возможностями, с той же легкостью мог выбрать совершенно иные фундаментальные константы, а затем совершить чудо — и Вселенная все равно возникла бы, несмотря на неправильные константы. Всемогущему творцу вообще нет нужды использовать какие бы то ни было фундаментальные константы.

Судя по всему, здесь имеется два варианта. Либо все это организовала некая сверхъестественная сила, либо будущие физики сумеют объяснить кажущиеся совпадения и показать, почему существующие фундаментальные константы неизбежны.

Не так давно космологи добавили третью возможность: Вселенная пробует все возможные значения по очереди. Если так, то рано или поздно Вселенная наткнется на значения, пригодные для жизни, и жизнь разовьется. Если разумная жизнь появляется и начинает потихоньку разбираться в космологии, то вопрос о том, почему и для чего она появилась, неизбежно поставит ученых в тупик. Только додумавшись до третьего варианта, разумные живые существа смогут успокоиться и перестать ломать голову над этой проблемой.

Третий вариант называется мультивселенной или мультиверсом. Это свежий, оригинальный взгляд, и из него можно извлечь по-настоящему хитроумную физику. Большую часть данной главы я буду говорить о различных вариантах мультивселенной.

А затем я представлю вам четвертый вариант.

* * *

Современная космология собрала воедино достаточно точное, как она считает, описание того, что мы обыкновенно подразумеваем под «вселенной», так что пришлось изобрести новое слово: «мультивселенная». Оно включает в себя вселенную в обычном смысле плюс произвольное число гипотетических дополнений. Эти «параллельные» или «альтернативные» миры могут сосуществовать с нашим миром, могут располагаться вне его или быть совершенно от него независимы. Подобные рассуждения часто отбрасываются как ненаучные, поскольку их трудно проверить на реальных данных. Однако некоторые из них все же проверяемы, по крайней мере в принципе, стандартными научными методами: о вещах, которые невозможно увидеть или измерить непосредственно, судят по вещам, которые можно увидеть или измерить. Конт считал невозможным узнать когда-либо химический состав звезды. Спектроскопия перевернула эти представления с ног на голову: зачастую химический состав звезды — это почти все, что мы знаем о ней.

В книге «Скрытая реальность» специалист по математической физике Брайан Грин описывает девять различных типов мультивселенной. Я расскажу о четырех:

• Лоскутная мультивселенная: бесконечное лоскутное одеяло, в котором любая область имеет почти точную свою копию где-то в другом месте.

• Инфляционная мультивселенная: всякий раз, когда не прекращающаяся инфляция разрывает телевизор и кота, появляется пузырь новой вселенной с другими значениями фундаментальных констант.

• Ландшафтная мультивселенная: сеть альтернативных вселенных, связанных квантовым туннелированием, каждая из которых подчиняется своему варианту теории струн.

• Квантовая мультивселенная: суперпозиция параллельных миров, каждый из которых существует отдельно, сам по себе. Вселенская версия знаменитого кота Шрёдингера, живого и мертвого одновременно.

Грин утверждает, что разумно рассматривать все эти альтернативные вселенные, и объясняет, как их существование до некоторой степени подтверждается современной физикой. К тому же различные вопросы, которые мы не понимаем, могут быть разрешены, если думать о них с позиций мультивселенной. Он указывает, что фундаментальная физика раз за разом демонстрирует нам, что наивный взгляд на мир, представляемый нашими чувствами, ошибочен и мы можем ожидать таких же демонстраций и в дальнейшем. Кроме того, он придает некоторый вес одной общей черте всех теорий мультивселенной: все они «предполагают, что наша картина реальности, основанная на здравом смысле, представляет собой лишь часть более величественного целого».

Я не убежден, что наличие множества противоречащих друг другу спекулятивных вариантов делает любой из них более правдоподобным и повышает его шанс оказаться верным. Это как религиозные секты: если вы не принадлежите к адептам одной из них, фундаментальные различия в доктрине в сочетании с общими претензиями на божественное откровение, как правило, дискредитируют в ваших глазах их все. Но давайте посмотрим на несколько мультивселенных, и вы сами сможете все решить для себя. Естественно, я добавлю к описанию и кое-какие собственные мысли.

* * *

Начну с лоскутной мультивселенной. На самом деле это не настоящая мультивселенная, но вселенная настолько большая, что ее обитатели могут наблюдать лишь отдельные ее клочки. Правда, клочки эти частично перекрываются и накладываются друг на друга. Для существования такой мультивселенной необходимо, чтобы пространство было бесконечным или по крайней мере невообразимо огромным — намного больше наблюдаемой вселенной. Когда эта идея сочетается с дискретной природой квантовой механики, у нее возникает одно интересное следствие. Число возможных квантовых состояний для наблюдаемой вселенной хотя и велико, но конечно. Наблюдаемая вселенная может реализовывать конечное число разных вещей.

Для простоты рассмотрим бесконечную вселенную. Мысленно разрежем ее на куски, как лоскутное одеяло, так чтобы каждый кусок был достаточно велик, чтобы вместить всю наблюдаемую вселенную. Лоскуты одинакового размера имеют равное число квантовых состояний; я назову их лоскут-состояниями. Поскольку бесконечная вселенная содержит бесконечное число лоскутов, каждый с одним и тем же конечным числом состояний, по крайней мере одно лоскут-состояние должно существовать бесконечное число раз[105]. Принимая во внимание случайную природу квантовой механики, бесконечно часто наверняка будет возникать каждое лоскут-состояние.