Множественные вселенные могут оказаться одной и той же вселенной. Почему параллельные вселенные могут оказаться реальностью? Существование других вселенных

Эволюция снабдила нас интуицией в отношении повседневной физики, жизненно важной для наших далеких предков; поэтому, как только мы выходим за рамки повседневности, мы вполне можем ожидать странностей.

Простейшая и самая популярная космологическая модель предсказывает, что у нас есть двойник в галактике, удаленной на расстояние порядка 10 в степени $10^{28}$ метров. Расстояние столь велико, что находится за пределами досягаемости астрономических наблюдений, но это не делает нашего двойника менее реальным. Предположение основано на теории вероятности без привлечения представлений современной физики. Принимается лишь допущение, что пространство бесконечно и заполнено материей. Может существовать множество обитаемых планет, в том числе таких, где живут люди с такой же внешностью, такими же именами и воспоминаниями, прошедшие те же жизненные перипетии, что и мы.

Но нам никогда не будет дано увидеть наши иные жизни. Самое далекое расстояние, на которое мы способны заглянуть, это то, которое может пройти свет за 14 млрд. лет, протекших с момента Большого взрыва. Расстояние между самыми далекими от нас видимыми объектами составляет около $43\cdot 10^{26}$ м; оно и определяет доступную для наблюдения область Вселенной, называемую объемом Хаббла, или объемом космического горизонта, или просто Вселенной. Вселенные наших двойников представляют собой сферы таких же размеров с центрами на их планетах. Это самый простой пример параллельных вселенных, каждая из которых является лишь малой частью сверхвселенной.

Само определение «вселенная» наводит на мысль, что оно навсегда останется в области метафизики. Однако граница между физикой и метафизикой определяется возможностью экспериментальной проверки теорий, а не существованием неподдающихся наблюдениям объектов. Границы физики постоянно расширяются, включая все более отвлеченные (и бывшие до того метафизическими) представления, например, о шаровидной Земле, невидимых электромагнитных полях, замедлении времени при больших скоростях, суперпозиции квантовых состояний, искривлении пространства и черных дырах. В последние годы к этому перечню добавилось и представление о сверхвселенной. Оно основано на проверенных теориях – квантовой механике и теории относительности – и отвечает обоим основным критериям эмпирической науки: позволяет делать прогнозы и может быть опровергнуто. Ученые рассматривают четыре типа параллельных вселенных. Главный вопрос не в том, существует ли сверхвселенная, а сколько уровней она может иметь.

Уровень I
За нашим космическим горизонтом

Параллельные вселенные наших двойников составляют первый уровень сверхвселенной. Это наименее спорный тип. Мы все признаем существование вещей, которых мы не видим, но могли бы увидеть, переместившись в другое место или просто подождав, как ждем появления корабля из(за горизонта. Подобный статус имеют объекты, находящиеся за пределами нашего космического горизонта. Размер доступной наблюдению области Вселенной ежегодно увеличивается на один световой год, поскольку нас достигает свет, исходящий из все более далеких областей, за которыми скрывается бесконечность, которую еще предстоит увидеть. Мы, вероятно, умрем задолго до того, как наши двойники окажутся в пределах досягаемости для наблюдений, но если расширение Вселенной поможет, наши потомки смогут увидеть их в достаточно мощные телескопы.

Уровень I сверхвселенной представляется до банальности очевидным. Как может пространство не быть бесконечным? Разве есть где(нибудь знак «Берегись! Конец пространства»? Если существует конец пространства, то что находится за ним? Однако теория гравитации Эйнштейна поставила это интуитивное представление под сомнение. Пространство может быть конечным, если оно имеет положительную кривизну или необычную топологию. Сферическая, тороидальная или «кренделевидная» вселенная может иметь конечный объем, не имея границ. Фоновое космическое микроволновое излучение позволяет проверить существование подобных структур. Однако до сих пор факты говорят против них. Данным соответствует модель бесконечной вселенной, а на все прочие варианты наложены строгие ограничения.

Другой вариант таков: пространство бесконечно, но материя сосредоточена в ограниченной области вокруг нас. В одном из вариантов некогда популярной модели «островной Вселенной» принимается, что на больших масштабах вещество разрежается и имеет фрактальную структуру. В обоих случаях почти все вселенные в сверхвселенной уровня I должны быть пусты и безжизненны. Последние исследования трехмерного распределения галактик и фонового (реликтового) излучения показали, что распределение вещества стремится к однородному в больших масштабах и не образует структур размером более 1024 м. Если такая тенденция сохраняется, то пространство за пределами наблюдаемой Вселенной должно изобиловать галактиками, звездами и планетами.

Для наблюдателей в параллельных вселенных первого уровня действуют те же законы физики, что и для нас, но при иных стартовых условиях. Согласно современным теориям, процессы, протекавшие на начальных этапах Большого взрыва, беспорядочно разбросали вещество, так что была вероятность возникновения любых структур. Космологи принимают, что наша Вселенная с почти однородным распределением вещества и начальными флуктуациями плотности порядка 1/105 весьма типична (по крайней мере, среди тех, в которых есть наблюдатели). Оценки на основе этого допущения показывают, что ваша ближайшая точная копия находится на расстоянии 10 в степени $10^{28}$ м. На расстоянии 10 в степени $10^{92}$ м должна располагаться сфера радиусом 100 световых лет, идентичная той, в центре которой находимся мы; так что все, что в следующем веке увидим мы, увидят и находящиеся там наши двойники. На расстоянии около 10 в степени $10^{118}$ м от нас должен существовать объем Хаббла, идентичный нашему.

Эти оценки выведены путем подсчета возможного числа квантовых состояний, которые может иметь объем Хаббла, если его температура не превышает 108 К. Число состояний можно оценить, задавшись вопросом: сколько протонов способен вместить объем Хаббла с такой температурой? Ответ – $10^{118}$ . Однако каждый протон может либо присутствовать, либо отсутствовать, что дает 2 в степени $10^{118}$ возможных конфигураций. «Короб», содержащий такое количество объемов Хаббла, охватывает все возможности. Размер его составляет 10 в степени $10^{118}$ м. За его пределами вселенные, включая нашу, должны повторяться. Примерно те же цифры можно получить на основе термодинамических или квантовогравитационных оценок общего информационного содержания Вселенной. Впрочем, наш ближайший двойник скорее всего находится к нам ближе, чем дают эти оценки, поскольку процесс формирования планет и эволюция жизни благоприятствуют этому. Астрономы полагают, что наш объем Хаббла содержит по крайней мере $10^{20}$ пригодных для жизни планет, некоторые из которых могут быть похожи на Землю.

ОБЗОР: СВЕРХВСЕЛЕННЫЕ

• Астрономические наблюдения свидетельствуют: параллельные вселенные уже не метафора. Пространство, по-видимому, бесконечно, а значит, все возможное становится реальным. За пределами досягаемости телескопов существуют области пространства, идентичные нашей и в этом смысле являющиеся параллельными вселенными. Ученые даже могут вычислить, как далеко они от нас находятся.
• Когда же космологи рассматривают некоторые спорные теории, то приходят к выводу, что другие вселенные могут иметь совершенно иные свойства и физические законы. Существование таких вселенных может объяснить особенности нашей Вселенной и ответить на фундаментальные вопросы о природе времени и познаваемости физического мира.

В современной космологии понятие сверхвселенной уровня I широко применяется для проверки теории. Рассмотрим, как используют космологи реликтовое излучение для того, чтобы отвергнуть модель конечной сферической геометрии. Горячие и холодные «пятна» на картах реликтового излучения имеют характерный размер, зависящий от кривизны пространства. Так вот, размер наблюдаемых пятен слишком мал, чтобы согласоваться со сферической геометрией. Их средний размер случайным образом меняется от одного объема Хаббла к другому, поэтому не исключено, что наша Вселенная сферическая, но имеет аномально малые пятна. Когда космологи говорят, что они исключают сферическую модель на доверительном уровне 99,9%, они имеют в виду, что если модель верна, то меньше чем один объем Хаббла из тысячи будет характеризоваться столь малыми пятнами, как наблюдаемые.

Из этого следует, что теория сверхвселенной поддается проверке и может быть отвергнута, хотя мы и не в состоянии видеть иные вселенные. Главное – предсказать, что представляет собой ансамбль параллельных вселенных, и найти распределение вероятностей или то, что математики называют мерой ансамбля. Наша Вселенная должна быть одной из наиболее вероятных. Если же нет, если в рамках теории сверхвселенной наша Вселенная окажется маловероятной, то эта теория столкнется с трудностями. Как мы увидим далее, проблема меры может стать весьма острой.

Уровень II
Другие постинфляционные домены

Если вам трудно было представить сверхвселенную уровня I, то попытайтесь вообразить бесконечное множество таких сверхвселенных, часть которых имеет иную размерность пространства(времени и характеризуется иными физическими константами. В совокупности они составляют сверхвселенную уровня II, предсказанную теорией хаотической вечной инфляции.

Теория инфляции – это обобщение теории Большого взрыва, позволяющее устранить недочеты последней, например, неспособность объяснить, почему Вселенная столь велика, однородна и плоска. Быстрое растяжение пространства в давние времена позволяет объяснить эти и многие другие свойства Вселенной. Такое растяжение предсказывается широким классом теорий элементарных частиц, и все имеющиеся свидетельства подтверждают его. Выражение «хаотическая вечная» по отношению к инфляции указывает на то, что происходит в самых крупных масштабах. В целом пространство постоянно растягивается, но в некоторых областях расширение прекращается, и возникают отдельные домены, как изюминки в поднимающемся тесте. Появляется бесконечное множество таких доменов, и каждый из них служит зародышем сверхвселенной уровня I, заполненной веществом, рожденным энергией поля, вызывающего инфляцию.

Соседние домены удалены от нас более чем на бесконечность, в том смысле, что их невозможно достичь, даже если вечно двигаться со скоростью света, поскольку пространство между нашим доменом и соседними растягивается быстрее, чем можно перемещаться в нем. Наши потомки никогда не увидят своих двойников на уровне II. А если расширение Вселенной ускоряется, как о том свидетельствуют наблюдения, то они никогда не увидят своих двойников даже на уровне I.

Сверхвселенная уровня II гораздо разнообразнее сверхвселенной уровня I. Домены различаются не только начальными условиями, но и своими фундаментальными свойствами. У физиков преобладает мнение, что размерность пространства-времени, свойства элементарных частиц и многие так называемые физические константы не встроены в физические законы, а являются результатом процессов, известных как нарушение симметрии. Предполагают, что пространство в нашей Вселенной некогда имело девять равноправных измерений. В начале космической истории три из них приняли участие в расширении и стали теми тремя измерениями, которые характеризуют сегодняшнюю Вселенную. Шесть остальных сейчас невозможно обнаружить либо потому, что они остались микроскопическими, сохранив тороидальную топологию, либо потому, что вся материя сосредоточена в трехмерной поверхности (мембране, или просто бране) в девятимерном пространстве. Так была нарушена исходная симметрия измерений. Квантовые флуктуации, обусловливающие хаотическую инфляцию, могли вызвать различные нарушения симметрии в разных кавернах. Одни могли стать четырехмерными; другие – содержать только два, а не три поколения кварков; а третьи – иметь более сильную космологическую постоянную, чем наша Вселенная.

Космологические данные позволяют сделать вывод, что пространство существует и за пределами обозреваемой нами Вселенной. С помощью спутника WMAP были измерены флуктуации реликтового излучения (слева). Самые сильные имеют угловой размер чуть более полуградуса (левый график), откуда следует, что пространство очень велико или бесконечно. (Правда, некоторые космологи считают, что выпадающая точка слева на графике говорит о конечности пространства.) Данные спутника и обзор красных смещений галактик 2dF свидетельствуют, что в очень больших масштабах пространство заполнено веществом однородно (правый график), а значит, другие вселенные должны быть в основном подобны нашей.

Другой путь возникновения сверхвселенной уровня II можно представить как цикл рождений и разрушений вселенных. В 1930(е гг. физик Ричард Толмен (Richard C. Tolman) высказал эту идею, а недавно Пол Стейнхардт (Paul J. Steinhardt) из Принстонского университета и Нил Тьюрок (Neil Turok) из Кембриджского университета развили ее. Модель Стейнхардта и Тьюрока предусматривает вторую трехмерную брану, совершенно параллельную нашей и лишь смещенную относительно нее в измерении более высокого порядка. Эту параллельную вселенную нельзя считать отдельной, поскольку она взаимодействует с нашей. Однако ансамбль вселенных – прошлых, нынешних и будущих, который эти браны образуют, представляет собой сверхвселенную с разнообразием, по(видимому, близким к возникающему в результате хаотической инфляции. Еще одну гипотезу сверхвселенной предложил физик Ли Смолин (Lee Smolin) из Института Периметра в г. Ватерлоо (пров. Онтарио, Канада). Его сверхвселенная по разнообразию близка к уровню II, но она мутирует и порождает новые вселенные посредством черных дыр, а не бран.

Хотя мы и не можем взаимодействовать с параллельными вселенными уровня II, космологи судят об их существовании по косвенным признакам, поскольку они могут быть причиной странных совпадений в нашей Вселенной. Например, в гостинице вам предоставляют номер 1967, и вы отмечаете, что родились в 1967 г. «Какое совпадение», – говорите вы. Однако, подумав, приходите к выводу, что это не так уж и удивительно. В гостинице сотни номеров, и вам не пришло бы в голову задумываться о чем-либо, если бы предложили номер, ничего для вас не значащий. Если бы вы ничего не знали о гостиницах, то для объяснения этого совпадения вы могли бы предположить, что в гостинице существуют и другие номера.

В качестве более близкого примера рассмотрим массу Солнца. Как известно, светимость звезды определяется ее массой. С помощью законов физики мы можем вычислить, что жизнь на Земле может существовать лишь при условии, что масса Солнца лежит в пределах: от 1,6 х1030 до 2,4 х1030 кг. В противном случае климат Земли был бы холоднее, чем на Марсе, или жарче, чем на Венере. Измерения массы Солнца дали значение 2,0х1030 кг. На первый взгляд, попадание массы Солнца в интервал значений, обеспечивающий жизнь на Земле, является случайным. Массы звезд занимают диапазон от 1029 до 1032 кг; если бы Солнце приобрело свою массу случайно, то шанс попасть именно в оптимальный для нашей биосферы интервал был бы крайне мал. Кажущееся совпадение можно объяснить, предположив существование ансамбля (в данном случае – множества планетных систем) и фактора отбора (наша планета должна быть пригодной для жизни). Такие критерии отбора, связанные с наблюдателем, называют антропными; и хотя упоминание о них обычно вызывает полемику, все же большинство физиков согласно, что пренебрегать этими критериями при отборе фундаментальных теорий нельзя.

А какое отношение все эти примеры имеют к параллельным вселенным? Оказывается, небольшое изменение физических констант, определяемых нарушением симметрии, приводит к качественно иной вселенной – такой, в которой мы бы не могли существовать. Будь масса протона больше всего на 0,2%, протоны распадались бы с образованием нейтронов, делая атомы нестабильными. Будь силы электромагнитного взаимодействия слабее на 4%, не существовало бы водорода и обычных звезд. Будь слабое взаимодействие еще слабее, не было бы водорода; а будь оно сильнее, сверхновые не могли бы заполнять межзвездное пространство тяжелыми элементами. Будь космологическая постоянная заметно больше, Вселенная невероятно раздулась бы еще до того, как смогли образоваться галактики.

Приведенные примеры позволяют ожидать существование параллельных вселенных с иными значениями физических констант. Теория сверхвселенной второго уровня предсказывает, что физики никогда не смогут вывести значения этих констант из фундаментальных принципов, а смогут лишь рассчитывать распределение вероятностей различных наборов констант в совокупности всех вселенных. При этом результат должен согласоваться с нашим существованием в одной из них.

Уровень III
Квантовое множество вселенных

Сверхвселенные уровней I и II содержат параллельные вселенные, чрезвычайно удаленные от нас за пределы возможностей астрономии. Однако следующий уровень сверхвселенной лежит прямо вокруг нас. Он возникает из знаменитой и весьма спорной интерпретации квантовой механики – идеи о том, что случайные квантовые процессы заставляют вселенную «размножаться», образуя множество своих копий – по одной для каждого возможного результата процесса.

В начале ХХ в. квантовая механика объяснила природу атомного мира, который не подчинялся законам классической ньютоновской механики. Несмотря на очевидные успехи, среди физиков шли жаркие споры о том, в чем же истинный смысл новой теории. Она определяет состояние Вселенной не в таких понятиях классической механики, как положения и скорости всех частиц, а через математический объект, называемый волновой функцией. Согласно уравнению Шрёдингера, это состояние изменяется с течением времени таким образом, который математики определяют термином «унитарный». Он означает, что волновая функция вращается в абстрактном бесконечномерном пространстве, называемом гильбертовым. Хотя квантовую механику часто определяют как принципиально случайную и неопределенную, волновая функция эволюционирует вполне детерминистским образом. В отношении нее нет ничего случайного или неопределенного.

Самое трудное – связать волновую функцию с тем, что мы наблюдаем. Многие допустимые волновые функции соответствуют противоестественным ситуациям вроде той, когда кошка одновременно и мертва, и жива в виде так называемой суперпозиции. В 20(е гг. XX в. физики обошли эту странность, постулировав, что волновая функция коллапсирует к некоторому определенному классическому исходу, когда кто(либо осуществляет наблюдение. Это дополнение позволило объяснить результаты наблюдений, но превратило изящную унитарную теорию в неряшливую и не унитарную. Принципиальная случайность, приписываемая обычно квантовой механике, является следствием именно этого постулата.

Со временем физики отказались от этой точки зрения в пользу другой, предложенной в 1957 г. выпускником Принстонского университета Хью Эвереттом (Hugh Everett III). Он показал, что можно обойтись и без постулата о коллапсе. Чистая квантовая теория не налагает никаких ограничений. Хотя она и предсказывает, что одна классическая реальность постепенно расщепляется на суперпозицию нескольких таких реальностей, наблюдатель субъективно воспринимает это расщепление просто как небольшую хаотичность с распределением вероятностей, в точности совпадающим с тем, которое давал старый постулат коллапса. Эта суперпозиция классических вселенных и есть сверхвселенная уровня III.

Более сорока лет такая интерпретация смущала ученых. Однако физическую теорию легче понять, сравнивая две точки зрения: внешнюю, с позиции физика, изучающего математические уравнения (подобно птице, оглядывающей пейзаж с высоты своего полета); и внутреннюю, с позиции наблюдателя (назовем его лягушкой), живущего на ландшафте, обозреваемом птицей.

С точки зрения птицы, сверхвселенная уровня III является простой. Существует всего одна волновая функция, которая плавно эволюционирует во времени без расщепления и параллелизма. Абстрактный квантовый мир, описываемый эволюционирующей волновой функцией, содержит в себе огромное количество непрерывно расщепляющихся и сливающихся линий параллельных классических историй, а также ряд квантовых явлений, не поддающихся описанию в рамках классических представлений. Но с точки зрения лягушки, можно видеть только малую часть этой реальности. Она может видеть вселенную уровня I, однако процесс нарушения когерентности, подобный коллапсу волновой функции, но с сохранением унитарности, не позволяет ей видеть параллельные копии самой себя на уровне III.

Когда наблюдателю задают вопрос, на который он должен быстро дать ответ, квантовый эффект в его мозге приводит к суперпозиции решений вроде такой: «продолжать читать статью» и «бросить читать статью». С точки зрения птицы, акт принятия решения заставляет человека размножиться на копии, одни из которых продолжают читать, а другие прекращают чтение. Однако с внутренней точки зрения, ни один из двойников не знает о существовании других и воспринимает расщепление просто как небольшую неопределенность, некоторую вероятность продолжения или прекращения чтения.

Сколь бы странным это ни казалось, но точно такая же ситуация возникает даже в супервселенной уровня I. Очевидно, вы решили продолжать чтение, но кто(то из ваших двойников в далекой галактике отложил журнал после первого же абзаца. Уровни I и III различаются только тем, где находятся ваши двойники. На уровне I они живут где(то далеко, в добром старом трехмерном пространстве, а на уровне III – на другой квантовой ветви бесконечномерного гильбертова пространства.

Существование уровня III возможно лишь при условии, что эволюция волновой функции во времени унитарна. До сих пор эксперименты не выявили ее отклонений от унитарности. В последние десятилетия ее подтверждали для всех более крупных систем, включая фуллерен С60 и оптические волокна километровой длины. В теоретическом плане положение об унитарности было подкреплено открытием нарушения когерентности. Некоторые теоретики, работающие в области квантовой гравитации, ставят ее под сомнение. В частности, предполагается, что испаряющиеся черные дыры могут разрушать информацию, а это не унитарный процесс. Однако недавние достижения в теории струн позволяют считать, что даже квантовое тяготение является унитарным. Если это так, то черные дыры не разрушают информацию, а просто передают ее куда-то.

Если физика унитарна, стандартная картина влияния квантовых флуктуаций на начальных этапах Большого взрыва должна быть изменена. Эти флуктуации не случайным образом определяют суперпозицию всех возможных начальных условий, которые сосуществуют одновременно. При этом нарушение когерентности заставляет начальные условия вести себя классическим образом на различных квантовых ветвях. Ключевое положение гласит: распределение исходов на разных квантовых ветвях одного объема Хаббла (уровень III) идентично распределению исходов в разных объемах Хаббла одной квантовой ветви (уровень I). Это свойство квантовых флуктуаций известно в статистической механике как эргодичность.

Эти же рассуждения применимы к уровню II. Процесс нарушения симметрии приводит не к однозначному исходу, а к суперпозиции всех исходов, которые быстро расходятся по своим отдельным путям. Таким образом, если физические константы, размерность пространства(времени и проч. могут различаться в параллельных квантовых ветвях на уровне III, то они будут так же различаться в параллельных вселенных на уровне II.

Иными словами, сверхвселенная уровня III не добавляет ничего нового к тому, что имеется на уровнях I и II, лишь большее число копий тех же самых вселенных – такие же исторические линии развиваются снова и снова на разных квантовых ветвях. Горячие споры вокруг теории Эверетта, похоже, скоро утихнут в результате открытия столь же грандиозных, но менее спорных сверхвселенных уровней I и II.

Приложения этих идей глубоки. Например, такой вопрос: происходит ли экспоненциальное увеличение числа вселенных со временем? Ответ неожиданный: нет. С точки зрения птицы, существует только одна квантовая вселенная. А каково число отдельных вселенных в данный момент для лягушки? Это число заметно различающихся объемов Хаббла. Различия могут быть невелики: представьте себе планеты, движущиеся в иных направлениях, вообразите себя с кем(то другим в браке и т.д. На квантовом уровне существуют 10 в степени 10118 вселенных с температурой не выше 108 К. Число гигантское, но конечное.

Для лягушки эволюция волновой функции соответствует бесконечному движению от одного из этих 10 в степени $10^{118}$ состояний к другому. Сейчас вы находитесь во вселенной А, где и читаете это предложение. А теперь вы уже во вселенной В, где читаете следующее предложение. Иначе говоря, в В есть наблюдатель, идентичный наблюдателю во вселенной А, с той лишь разницей, что у него есть лишние воспоминания. В каждый момент существуют все возможные состояния, так что течение времени может происходить перед глазами наблюдателя. Эту мысль выразил в своем научнофантастическом романе «Город перестановок» (1994 г.) писатель Грег Иган (Greg Egan) и развили физик Дэвид Дойч (David Deutsch) из Оксфордского университета, независимый физик Джулиан Барбу (Julian Barbour) и др. Как видим, идея сверхвселенной может играть ключевую роль в понимании природы времени.

Уровень IV
Другие математические структуры

Начальные условия и физические константы в сверхвселенных уровней I, II и III могут различаться, но фундаментальные законы физики одинаковы. Почему мы на этом остановились? Почему не могут различаться сами физические законы? Как насчет вселенной, подчиняющейся классическим законам без каких(либо релятивистских эффектов? Как насчет времени, движущегося дискретными шагами, как в компьютере? А как насчет вселенной в виде пустого додекаэдра? В сверхвселенной уровня IV все эти альтернативы действительно существуют.

СВЕРХВСЕЛЕННАЯ УРОВНЯ IV
Вселенные могут различаться не только местоположением, космологическими свойствами или квантовыми состояниями, но и законами физики. Они существуют вне времени и пространства, и их почти невозможно изобразить. Человек может рассматривать их только абстрактно как статические скульптуры, представляющие математические структуры физических законов, которые управляют ими. Рассмотрим простую вселенную, состоящую из Солнца, Земли и Луны, подчиняющихся законам Ньютона. Для объективного наблюдателя такая вселенная представляется кольцом (орбита Земли, «размазанная» во времени), обернутым «оплеткой» (орбита Луны вокруг Земли). Другие формы олицетворяют иные физические законы (a, b, c, d). Этот подход позволяет разрешить ряд фундаментальных проблем физики.

О том, что такая сверхвселенная не является абсурдной, свидетельствует соответствие мира отвлеченных рассуждений нашему реальному миру. Уравнения и другие математические понятия и структуры – числа, векторы, геометрические объекты – описывают реальность с удивительным правдоподобием. И наоборот, мы воспринимаем математические структуры как реальные. Да они и отвечают фундаментальному критерию реальности: одинаковы для всех, кто их изучает. Теорема будет верна независимо от того, кто ее доказал – человек, компьютер или интеллектуальный дельфин. Другие любознательные цивилизации найдут те же математические структуры, какие знаем мы. Поэтому математики говорят, что они не создают, а открывают математические объекты.

Существуют две логичные, но диаметрально противоположные парадигмы соотношения математики и физики, возникшие еще в древние времена. Согласно парадигме Аристотеля, физическая реальность первична, а математический язык является лишь удобным приближением. В рамках парадигмы Платона, истинно реальны именно математические структуры, а наблюдатели воспринимают их несовершенно. Иными словами, эти парадигмы различаются пониманием того, что первично – лягушачья точка зрения наблюдателя (парадигма Аристотеля) или птичий взгляд с высоты законов физики (точка зрения Платона).

Парадигма Аристотеля – это то, как мы воспринимали мир с раннего детства, задолго то того, как впервые услышали о математике. Точка зрения Платона – это приобретенное знание. Современные физики(теоретики склоняются к ней, предполагая, что математика хорошо описывает Вселенную именно потому, что Вселенная математична по своей природе. Тогда вся физика сводится к решению математической задачи, и безгранично умный математик может лишь на основе фундаментальных законов рассчитать картину мира на уровне лягушки, т.е. вычислить, какие наблюдатели существуют во Вселенной, что они воспринимают и какие языки они изобрели для передачи своего восприятия.

Математическая структура – абстракция, неизменная сущность вне времени и пространства. Если бы история была кинофильмом, то математическая структура соответствовала не одному кадру, а фильму в целом. Возьмем для примера мир, состоящий из частиц нулевых размеров, распределенных в трехмерном пространстве. С точки зрения птицы, в четырехмерном пространстве(времени траектории частиц представляют собой «спагетти». Если лягушка видит частицы движущимися с постоянными скоростями, то птица видит пучок прямых, не сваренных «спагетти». Если лягушка видит две частицы, обращающиеся по орбитам, то птица видит две «спагеттины», свитые в двойную спираль. Для лягушки мир описывают законы движения и тяготения Ньютона, для птицы – геометрия «спагетти», т.е. математическая структура. Сама лягушка для нее – толстый их клубок, сложное переплетение которых соответствует группе частиц, хранящих и перерабатывающих информацию. Наш мир сложнее рассмотренного примера, и ученые не знают, какой из математических структур он соответствует.

В парадигме Платона заключен вопрос: почему наш мир таков, каков он есть? Для Аристотеля это бессмысленный вопрос: мир есть, и он таков! Но последователи Платона интересуются: а мог бы наш мир быть иным? Если Вселенная математична по сути, то почему в ее основе лежит только одна из множества математических структур? Похоже, что фундаментальная асимметрия заключена в самой сути природы.

Чтобы разгадать головоломку, я выдвинул предположение, что математическая симметрия существует: что все математические структуры реализуются физически, и каждая из них соответствует параллельной вселенной. Элементы этой сверхвселенной не находятся в одном и том же пространстве, но существуют вне времени и пространства. В большинстве из них, вероятно, нет наблюдателей. Гипотезу можно рассматривать как крайний платонизм, утверждающий, что математические структуры платоновского мира идей, или «умственного пейзажа» математика Руди Ракера (Rudy Rucker) из Университета Сан-Хосе, существуют в физическом смысле. Это сродни тому, что космолог Джон Барроу (John D. Barrow) из Кембриджского университета называл «p в небесах», философ Роберт Нозик (Robert Nozick) из Гарвардского университета описывал как «принцип плодовитости», а философ Дэвид Льюис (David K. Lewis) из Принстонского университета именовал «модальной реальностью». Уровень IV замыкает иерархию сверхвселенных, поскольку любая самосогласованная физическая теория может быть выражена в форме некой математической структуры.

Гипотеза о сверхвселенной уровня IV позволяет сделать несколько поддающихся проверке предсказаний. Как и на уровне II, она включает ансамбль (в данном случае – совокупность всех математических структур) и эффекты отбора. Занимаясь классификацией математических структур, ученые должны заметить, что структура, описывающая наш мир, является наиболее общей из тех, что согласуются с наблюдениями. Поэтому результаты наших будущих наблюдений должны стать наиболее общими из числа тех, которые согласуются с данными прежних исследований, а данные прежних исследований – самыми общими из тех, что вообще совместимы с нашим существованием.

Оценить степень общности – непростая задача. Одна из поразительных и обнадеживающих черт математических структур состоит в том, что свойства симметрии и инвариантности, обеспечивающие простоту и упорядоченность нашей Вселенной, как правило, являются общими. Математические структуры обычно обладают этими свойствами по умолчанию, и для избавления от них требуется введение сложных аксиом.

Что говорил Оккам?

Таким образом, теории параллельных вселенных имеют четырехуровневую иерархию, где на каждом следующем уровне вселенные все менее напоминают нашу. Они могут характеризоваться различными начальными условиями (уровень I), физическими константами и частицами (уровень II) или физическими законами (уровень IV). Забавно, что наибольшей критике в последние десятилетия подвергался уровень III как единственный, не вводящий качественно новых типов вселенных.

В грядущем десятилетии детальные измерения реликтового излучения и крупномасштабного распределения вещества во Вселенной позволят точнее определить кривизну и топологию пространства и подтвердить или опровергнуть существование уровня I. Эти же данные позволят получить сведения об уровне II путем проверки теории хаотической вечной инфляции. Успехи астрофизики и физики частиц высоких энергий помогут уточнить степень тонкой настройки физических констант, подкрепив или ослабив позиции уровня II.

Если усилия по созданию квантового компьютера будут успешными, появится дополнительный довод в пользу существования уровня III, поскольку для параллельных вычислений будет использоваться параллелизм этого уровня. Экспериментаторы ищут также свидетельства нарушения унитарности, которые позволят отвергнуть гипотезу о существовании уровня III. Наконец, успех или провал попытки решить главнейшую задачу современной физики – объединить общую теорию относительности с квантовой теорией поля – даст ответ на вопрос об уровне IV. Либо будет найдена математическая структура, точно описывающая нашу Вселенную, либо мы наткнемся на предел невероятной эффективности математики и будем вынуждены отказаться от гипотезы об уровне IV.

Итак, можно ли верить в параллельные вселенные? Основные доводы против их существования сводятся к тому, что это слишком расточительно и непостижимо. Первый аргумент состоит в том, что теории сверхвселенной уязвимы для «бритвы Оккама» (Уильям Оккам (William Occam) – философ-схоласт XIV в., утверждавший, что понятия, не сводимые к интуитивному и опытному знанию, должны изгоняться из науки (принцип «бритвы Оккама»).), поскольку они постулируют существование других вселенных, которые мы никогда не увидим. Зачем природе быть столь расточительной и «развлекаться» созданием бесконечного числа различных миров? Однако этот аргумент можно обратить в пользу существования сверхвселенной. В чем именно расточительна природа? Разумеется, не в пространстве, массе или количестве атомов: их бесконечно много уже содержится на уровне I, существование которого не вызывает сомнений, так что нет смысла беспокоиться, что природа потратит их еще сколькото. Реальный вопрос состоит в кажущемся уменьшении простоты. Скептиков беспокоит дополнительная информация, необходимая для описания невидимых миров.

Однако весь ансамбль часто бывает проще каждого из своих членов. Информационный объем алгоритма числа есть, грубо говоря, выраженная в битах длина самой короткой компьютерной программы, генерирующей это число. Возьмем для примера множество всех целых чисел. Что проще – все множество или отдельное число? На первый взгляд – второе. Однако первое можно построить с помощью очень простой программы, а отдельное число может быть чрезвычайно длинным. Поэтому все множество оказывается проще.

Аналогично, множество всех решений уравнений Эйнштейна для поля проще каждого конкретного решения – первое состоит всего из нескольких уравнений, а второе требует задания огромного количества начальных данных на некой гиперповерхности. Итак, сложность возрастает, когда мы сосредоточиваем внимание на отдельном элементе ансамбля, теряя симметрию и простоту, свойственные совокупности всех элементов.

В этом смысле сверхвселенные более высоких уровней проще. Переход от нашей Вселенной к сверхвселенной уровня I исключает необходимость задавать начальные условия. Дальнейший переход к уровню II устраняет необходимость задавать физические константы, а на уровне IV вообще ничего задавать не нужно. Чрезмерная сложность – это лишь субъективное восприятие, точка зрения лягушки. А с позиции птицы, эта сверхвселенная едва ли может быть еще проще.

Жалобы на непостижимость имеют эстетическую, а не научную природу и оправданы лишь при аристотелевском мировосприятии. Когда мы задаем вопрос о природе реальности, не следует ли нам ожидать ответа, который может показаться странным?

Общее свойство всех четырех уровней сверхвселенной состоит в том, что простейшая и, повидимому, самая изящная теория по умолчанию включает в себя параллельные вселенные. Чтобы отвергнуть их существование, нужно усложнить теорию, добавив не подтверждаемые экспериментом процессы и придуманные для этого постулаты – о конечности пространства, коллапсе волновой функции и онтологической асимметрии. Наш выбор сводится к тому, что считать более расточительным и неизящным – множество слов или множество вселенных. Возможно, со временем мы привыкнем к причудам нашего космоса и сочтем его странность очаровательной.

Макс Тегмарк(«В мире науки», №8, 2003)

Мультивселенная, о которой пишет Шон Кэролл, специалист по космологии и автор недавно изданной на русском языке популярной книги «Вечность. В поисках окончательной теории времени», - это гипотеза об устройстве нашей Вселенной за пределами области, доступной нашему наблюдению.

Что это значит? Скорость света ограничена, а Вселенная расширяется во все стороны - мы при этом можем видеть только определенную часть пространства. И далеко не факт, что мир за ее пределами устроен так же, как в окрестностях Земли. Гипотетически вне доступной для наблюдений сферы может быть, например, совершенно иное соотношение обычной и темной материи. Или вовсе - работают какие-то иные физические принципы, вплоть до увеличения числа измерений.

Здравый смысл, конечно, подсказывает нам то, что свойства Вселенной везде должны быть одинаковы. Однако «здравый смысл» не очень удачная вещь для космологии, науки о пространстве-времени на очень больших масштабах. Предположение о том, что известного нам вещества во Вселенной в десятки раз меньше некой загадочной темной материи, тоже совершенно противоречило здравому смыслу, однако же именно в таком, состоящем преимущественно из темной материи, мире мы сегодня и живем. Проблема идеи о том, что Вселенная резко меняется там, где нам ее уже не разглядеть, заключается не в ее необычности, а в том, что такую идею невозможно проверить.

Вселенную с гипотетически разными физическими законами называют космологической мультивселенной. Такая Вселенная геометрически едина - в том смысле, что между любыми двумя ее точками можно провести непрерывную линию без сооружения каких-либо порталов и прочей экзотики. И эту космологическую мультивселенную не надо путать, например, с множественной Вселенной в многомировой интерпретации квантовой механики.

Многомировая квантовая механика

На другом конце «масштабной сетки универсума» находится микромир, события в котором описывает квантовая механика. Мы уже знаем, что элементарные частицы: электроны, кварки, глюоны и другие их собратья - ведут себя в соответствии с правилами, которые в привычном нам мире не выполняются. Так, каждую частицу в квантовой механике можно рассматривать как волну - и, казалось бы, «твердые» атомы, которые в школьном курсе химии изображают шариками, при столкновении с препятствием будут рассеиваться, как волны. Каждый квантовый объект математически описывается не как ограниченный в пространстве шарик или точка, а как волновая функция - существующая одновременно во всех точках траектории своего движения через пространство. Мы можем вычислить лишь вероятность его обнаружения в том или ином месте. Такие величины, как импульс частицы, ее энергия и более экзотические характеристики вроде спина, также вычисляются из волновой функции: можно сказать, что этот охватывающий все пространство математический объект есть фундаментальная основа квантовой механики и всей физики XX столетия.

Сделанные на основе волновых функций и операторов (операторы позволяют получать из волновой функции конкретные величины) расчеты прекрасно согласуются с реальностью. Квантовая электродинамика, например, на сегодня является самой точной физической моделью в истории человечества, а среди квантовых технологий числятся лазеры, вся современная микроэлектроника, привычный нам быстрый интернет и даже ряд лекарств: поиск перспективных веществ для медицины ведется также и при помощи моделирования взаимодействий молекул друг с другом. С прикладной точки зрения квантовые модели очень хороши, но вот на концептуальном уровне возникает проблема.

Суть этой проблемы в том, что квантовые объекты могут уничтожаться: например, когда фотон (квант света) падает на матрицу фотокамеры или просто сталкивается с непрозрачной поверхностью. До этого момента фотон прекрасно описывала волновая функция, а через мгновение волна, протяженная в пространстве, пропадает: получается, что некое изменение затронуло всю Вселенную и произошло быстрее скорости света (а разве такое вообще может быть?). Это проблематично даже в случае с одним фотоном, а как быть с волновой функцией двух фотонов, вылетевших из одного источника в двух противоположных направлениях? Если, к примеру, такие два фотона родились вблизи поверхности далекой звезды и один из них был пойман на Земле телескопом, как быть со вторым, отстоящим на многие световые годы? Формально он образует единую систему с первым, но сложно представить себе сценарий, где изменение в одной части системы мгновенно передается всем остальным частям. Другой пример квантовой системы, для которой исчезновение волновой функции приводит к проблемам концептуального толка, - знаменитый кот Шредингера, который находится внутри закрытого ящика с устройством, которое на основе вероятностного квантового процесса либо разбивает ампулу с ядом, либо оставляет ее нетронутой. Кот Шредингера до открытия коробки оказывается одновременно жив и мертв: его состояние отражает волновую функцию квантовой системы внутри механизма с ядом.

Наиболее распространенная интерпретация квантовой механики, копенгагенская, предлагает просто смириться с парадоксальностью мира - и признать, что да, вопреки всему волна/частица исчезает мгновенно. Альтернативой ей выступает многомировая интерпретация. Согласно ей же наша Вселенная - это совокупность невзаимодействующих миров, каждый из которых представляет одно квантовое состояние: при открытии ящика с котом появляется два мира - в одном из них кот жив, а в другом мертв. При прохождении фотона через полупрозрачное зеркало мир тоже делится на два: в одном квант света отразился от поверхности, а в другом - нет. И так каждый квантовый процесс приводит к появлению все новых и новых ответвлений-миров.

Теоретически часть таких ветвей может очень сильно отличаться от нашей. Один полетевший не в ту сторону атом вскоре после Большого взрыва вполне мог привести к иному распределению горячего газа, зарождению звезд в совсем других местах и в итоге к тому, что Земля в принципе не возникла. Но эту картину нельзя назвать проблемой многомировой интерпретации. Настоящая проблема заключается в невозможности проверить верность такого понимания квантовой механики на практике: отдельные компоненты множественной Вселенной между собой по определению не взаимодействуют.

Где-то, возможно, есть заселенная разумными динозаврами Земля, где-то Великая Монгольская империя высадилась на спутниках Юпитера в 1564 году, но никаких порталов между этими мирами нет - они разошлись в результате квантовых процессов в далеком прошлом. Теория, которая бы предполагала возможность попасть в один из подобных миров, с точки зрения философии науки была бы не менее, а более научной, поскольку ее можно было бы попытаться проверить.

Фальсифицируй это

Идея о том, что в скором времени Евразия будет захвачена пришедшими через портал из прошлого разумными динозаврами с лазерными винтовками интуитивно воспринимается как основа для чисто фантастического фильма, но философия науки строится не на интуиции. Научность такой идеи оказывается под вопросом не из-за сходства с дешевой беллетристикой, а потому, что ряд следствий из этой идеи противоречит фактическим данным.

Путешествия во времени, например, будут нарушать ряд физических законов, которые пока что очень хорошо выполняются. Закон сохранения энергии работает повсеместно: человечество провело множество экспериментов по его проверке и даже повседневные устройства, от батареи отопления до смартфона, подтверждают, что энергия в никуда не исчезает. А раз так, то ждать ее «пропадания» во «временном портале» довольно странно. Кроме того, путешествия во времени должны приводить к целому ряду иных парадоксов - ситуаций, аналогов которых мы не наблюдали и которые противоречат логическим следствиям из накопленного опыта. Взять хотя бы «парадокс дедушки»: ситуация, когда путешественник во времени встречает своих предков и мешает им обзавестись потомством, очевидно возможна и невозможна разом.

Гипотеза о динозаврах-захватчиках из прошлого может попасть в научное поле при условии, что она даст возможность себя проверить: например, ее авторы опишут схему предполагаемого временного портала. И если такой портал не заработает, гипотезу придется отвергнуть. Если же авторы гипотезы будут утверждать, что, к примеру, динозавры перед вымиранием , это тоже можно будет сопоставить с результатами палеонтологических раскопок и целым рядом других фактов; научная гипотеза должна быть принципиально проверяема. Наконец, утверждение типа «портал откроется 4 ноября 2018 года» проверить проще всего, и, возможно, поэтому многие авторы конспирологических утверждений избегают подобных прогнозов или отодвигают их на срок побольше.

Научные гипотезы должны быть фальсифицируемы, т. е. проходить проверку на фальсификацию. Фальсификация - это не подтасовка фактов, как можно было бы подумать. Фальсифицируемая гипотеза в своей формулировке заявляет, что она ложна, если будут получены такие-то и такие-то конкретные опытные данные. Если гипотеза гласит, что путешествия во времени возможны и однажды к нам из прошлого явятся динозавры с боевыми лазерами, фальсификацией будет такая экспедиция в прошлое, которая зафиксирует гибель динозавров без появления у них лазерного оружия. Или, что более реалистично, находка останков древних ящеров без предсказанного той же гипотезой развитого мозга. Если живые и очень умные динозавры прячутся в каком-то другом прошлом, то надо объяснить, как это другое прошлое проверить. Если проверить гипотезу невозможно, то это даже не значит, что она ложна. Это значит, что мы имеем дело не с научной гипотезой, а бессмысленной болтовней, и потому относиться к ней надо соответствующим образом.

Карл Поппер, сформулировавший принцип фальсифицируемости. Позже его идеи были развиты и дополнены, но среди физиков этот критерий популярен по сей день. Автор: LSE library , No restrictions

С этой точки зрения многие совершенно невероятные с точки зрения здравого смысла гипотезы могут расцениваться как вполне научные, покуда их не невозможно проверить и покуда есть принципиальная возможность получения фактов, опровергающих эти гипотезы. Что квантовая механика, что теория относительности предлагали очень непривычную картину мира, но они проверялись на практике и допускали возможность опровержения. Вне физики примером перевернувшей представления людей о мире теории может служить концепция эволюции и естественного отбора. Идея о том, что вся наша наследственность определяется молекулами ДНК, идея о том, что звезды светят за счет слияния атомов, идея о том, что континенты медленно дрейфуют по вязкой поверхности мантии Земли - все это когда-то тоже звучало очень и очень непривычно и контринтуитивно, но попадало в научное поле наряду с другими, убедительными, но отвергнутыми гипотезами. Идея фальсифицируемости научного знания была предложена Карлом Поппером еще в 1935 году и с тех пор приводится многими учеными в качестве критерия научности.

Дебаты вокруг научности

Многомировая квантовая механика и космологическая мультивселенная не проверяются принципиально и, по мнению ряда ученых, должны быть выведены из числа научных концепций. Так, на страницах авторитетнейшего Nature в 2014 году вышла колонка Джорджа Эллиса и Джо Силка (оба - видные специалисты по космологии) с призывом отказаться от рассмотрения этих концепций в качестве научных, а заодно и теории струн, которая допускает слишком много вариантов действительности. Как писали рассерженные авторы, «сторонники [теории струн] всегда будут утверждать, что мы не видим предсказанные ими частицы потому, что нам не хватает энергии ускорителей».

Шон Кэролл, чью космологическую мультивселенную мы упоминали выше, в начале 2018 года представил статью с предложением отказаться от критерия фальсифицируемости и тем самым продолжил полемику с Эллисом и Силком. По мнению Кэролла, за фальсифицируемостью Поппера на самом деле стоят два других критерия: научная теория должна быть определенной и подкрепляться опытом. Космологическая мультивселенная может быть описана вполне конкретным языком, а следствия из этой гипотезы применимы не только к принципиально ненаблюдаемым, но и доступным частям Вселенной. Кэролл также предложил свою классификацию теорий: от «совершенно непроверяемых в принципе» до имеющих строгие критерии проверки - например, гипотеза может быть проверяема лишь при помощи ускорителя размером с нашу галактику или десятков миллиардов лет непрерывных наблюдений.

Астрофизик также выделяет и другие проблемы с критериями научности. По его мнению, требование фальсифицируемости далеко не единственное и даже не главное. В доказательство он предлагает рассмотреть две теории гравитации: общую теорию относительности и ее же, но с дополнительным утверждением, гласящим, что с 2100 года гравитация поменяет знак, сменив притяжение масс расталкиванием. Формально такая модель вполне проверяема, однако «любой вменяемый ученый будет больше доверять первой теории, пусть даже они одинаково обоснованы и в равной степени фальсифицируемы». Теорию, в которой гравитация исчезает в 2100 году, надлежит отвергнуть не из-за фальсифицируемости, а поскольку она содержит излишнее усложнение, которое само по себе ничего не дает - ни увеличения точности предсказаний, ни возможности получения новых результатов.

Теория мультивселенной непроверяема напрямую, однако ее можно отнести, по Кэроллу, к научным, потому что она не противоречит уже имеющимся данным и дает ряд косвенных предсказаний. Кроме того, выбор теории, которая отвергает существование мультивселенной и утверждает, что Вселенная однородна, не может быть назван научным ровно по той же причине: если мы никогда не увидим всю Вселенную, откуда мы можем быть уверены в ее свойствах?

Оппоненты Кэролла указывают, что без опоры на экспериментальные данные ни элегантность теории, ни ее незаменимость (теория струн, как мы уже упоминали, на сегодня едва ли не единственный кандидат на роль единой теории всех фундаментальных полей, включая гравитацию, но при этом у нее проблемы с фальсифицируемостью - никаких струн, мембран или бран никто никогда не видел и не факт, что когда-либо сможет) не могут быть надежными критериями.

В аргументации Кэролла есть резон. Физик Сабина Хоссенфелдер, рассуждая о «проблеме с фальсифицируемостью» в своем блоге, вспоминает , как ей довелось слушать престраннейший доклад на конференции. Выступавшая предположила, что частицы темной материи могут сбиваться в диски, подобные тем, что образуют при некоторых условиях частицы обычного вещества вокруг, например, массивных тел. И все, пожалуй, было бы хорошо, если бы докладчица не продолжила, что, по ее мнению, Солнечная система периодически проходит сквозь подобный диск из темной материи и именно в этом следует искать причину массовых вымираний на Земле. «Но почему именно частицы темной материи? Почему именно подобное взаимодействие?» - задали с места вопрос, вспоминает Хоссенфелдер. Ответ же был такой: «Не знаю, но ведь мы можем это проверить ».

И действительно, подобная теория фальсифицируема. Осталось только дождаться очередного массового вымирания, вооружившись необходимыми инструментами для детектирования темной материи. Дело за малым - получить на это предприятие грант.

Поэтому сама Хоссенфелдер склонна согласиться с тем, что требование простоты следует рассматривать как еще одно необходимое условие для отделения «разумно научной» гипотезы от «ненаучной», и именно потому отвергает идею мультивселенной - за избыточность и чрезмерное усложнение.

Что в итоге?

Как можно видеть, множество параллельных миров - идея, которую разделяют как минимум некоторые ученые, причем речь идет о серьезных специалистах в своей области, прекрасно владеющих методами и не замеченных в каких-то откровенно псевдонаучных выступлениях. Но даже они признают, что, во-первых, множественность вселенных ничего не меняет на доступных нам масштабах (увы, нам придется жить без порталов на альтернативную Землю), во-вторых, эти гипотезы не соответствуют одному из наиболее распространенных критериев научного знания. Иными словами, это элегантные, интересные, но, по всей видимости, не попадающие в категорию чистой физики научные исследования.

Алексей Тимошенко

• Перевод

Что вы думаете по поводу мультивселенной? Вопрос не был совсем уж неожиданным для нашей импровизированной лекции за обеденным столом, но он застал меня врасплох. Не то, чтобы меня никогда раньше не спрашивали о мультивселенной, но объяснять теоретическую конструкцию – это одно, а объяснять свои чувства к ней – совсем другое. Я могу озвучить все стандартные аргументы и главные вопросы по мультивселенной, я могу ориентироваться в фактах и технических подробностях, но в результатах я теряюсь.

Физики не привыкли говорить о том, как они относятся к чему-то. Мы за твёрдое знание, количественные оценки и эксперименты. Но даже лучшие из беспристрастных анализов начинаются только после того, как мы решаем, в какую сторону нам идти. В зарождающейся области обычно возникает выбор из возможностей, у каждой из которых есть свои достоинства, и часто мы выбираем одну из них инстинктивно. Этот выбор определяется эмоциональными рассуждениями, стоящими над логикой. То, с какой позицией вы ассоциируете себя, это, как говорит физик из Стэнфордского университета Леонард Сасскинд, «больше, чем просто научные факты и философские принципы. Это вопрос хорошего вкуса в науке. И, как и все споры о вкусах, в нём участвуют эстетические чувства».

Сам я занимаюсь теорией струн, и одной из её особенностей является возможность существования множества логически непротиворечивых вариантов вселенных, отличных от нашей. Процесс, создавший нашу Вселенную, может создать и те, другие, что приводит к бесконечному количеству вселенных, где происходит всё, что может произойти. Последовательность рассуждений начинается со знакомого мне места, и я могу следовать завитушкам, которые проделывают уравнения в своём танце на странице, приводящем к этому заключению, но, хотя я представляю себе мультивселенную, как математическую конструкцию, я не могу поверить, что она вдруг выскочит из области теорий и проявит себя в реальности. Как я могу притворяться, что у меня нет проблем с бесконечным количеством копий меня самого, расхаживающих по параллельным мирам, и принимающих решения, как схожие, так и отличающиеся от моих?

Я не один такой двойственный. Дебаты по поводу мультивселенной были горячими, и она остаётся источником противоречий среди самых выдающихся учёных нашего времени. Дебаты по мультивселенной – это не просто обсуждение частностей теории. Это борьба по теме идентичности и результатов, по поводу того, на чём основывается объяснение, из чего состоит доказательство, как мы определяем науку, и есть ли во всём этом смысл.

Когда бы я ни рассказывал о мультивселенной, на один из неизбежно возникающих вопросов у меня есть ответ. Живём ли мы во вселенной или мультивселенной, эти классификации относятся к масштабам, размер которых выходит за рамки воображения. Вне зависимости от результата, жизнь вокруг нас не изменится. Так какая разница?

Разница есть, поскольку то, где мы находимся, влияет на то, кто мы есть. Разные места приводят к разным реакциям, из которых возникают различные возможности. Один объект может выглядеть по-разному на разном фоне. Мы определяемся тем пространством, которое мы населяем, гораздо большим количеством способов, чем мы осознаём. Вселенная – это предел расширения. Она содержит все места действия, все контексты, в которых мы можем представить бытие. Она представляет общую сумму возможностей, полный набор всего, чем мы можем быть.

Измерение имеет смысл только в системе отсчёта. Числа очевидно абстрактны, пока им не назначены единицы измерения, но даже такие размытые определения, как «слишком далеко», «слишком маленький», «слишком странный» подразумевают некую систему координат. Слишком далеко подразумевает точку отсчёта. Слишком маленький относится к шкале. Слишком странный подразумевает контекст. В отличие от всегда объявляемых единиц измерения, система отсчёта предположений определяется редко, но всё-таки значения, присваиваемые вещам – объектам, явлениям, опыту – откалиброваны по этим невидимым осям.

Если мы обнаружим, что всё что мы знаем и можем узнать, находится всего лишь в одном из карманов мультивселенной, сдвинется весь фундамент, на котором мы расположили нашу координатную сетку. Наблюдения не изменятся, но изменятся выводы. Наличие других пузырьковых вселенных возможно и не окажет влияния на те измерения, что мы проводим, но может повлиять на то, как мы их интерпретируем.

Первое, что поражает в мультивселенной – её необъятность. Она больше, чем что-либо, с чем имело дело человечество – такое возвеличивание подразумевается в самом названии. Можно было бы понять, если бы эмоциональная реакция на мультивселенную происходила бы от чувства собственного преуменьшения. Но размер мультивселенной, наверное, наименее противоречивое из её свойств.

Жиан Жудис , глава теоретиков ЦЕРН, говорит от имени физиков, когда утверждает, что один взгляд в небо прочищает нам мозги. Мы уже представляем себе наши масштабы. Если мультивселенная существует, то, как он говорит, «проблема противопоставления меня и необъятности вселенной не изменится». Многих даже успокаивает такая космическая перспектива. По сравнению со вселенной все наши проблемы и жизненные драмы уменьшаются так сильно, что «всё, что здесь происходит, не имеет никакого значения», говорит физик и автор Лоуренс Краусс . «Меня это очень утешает».

От потрясающих фотографий, сделанных телескопом им. Хаббла, до поэм Октавио Паса об «обширной ночи» и «галактической песни» Монти Пайтонов, существует романтизм, связанный с нашим лилипутским масштабом. В какой-то момент нашей истории мы смирились с нашей бесконечной малостью.

Не из-за нашей ли боязни масштабов мы так неохотно принимаем понятие мультивселенной, включающее миры, находящиеся вне нашего поля зрения, и обречённые там находиться? Это, конечно, очень частая жалоба, которую я слышу от моих коллег. Южноафриканский физик Джордж Эллис, сильно возражающей против мультивселенной, и британский космолог Бернард Карр, настолько же сильно за неё агитирующий, обсуждали эти вопросы в нескольких очаровательных разговорах. Карр считает, что их точка расхождения относится к тому, «какие свойства науки необходимо считать неприкосновенными». Обычным показателем служат эксперименты. Сравнительные наблюдения – допустимая замена. Астрономы не в состоянии управлять галактиками, но обозревают их миллионами, в разных формах и состояниях. Ни один из методов не подходит мультивселенной. Лежит ли она, в таком случае, за пределами научной области?

Сасскинд, один из отцов теории струн, обнадёживает нас. В эмпирической науке существует третий подход: делать выводы о невидимых объектах и явлениях из того, что мы в состоянии увидеть. Для примера достаточно будет взять субатомные частицы. Кварки навечно связаны в протоны, нейтроны и другие составные частицы. «Они, так сказать, скрыты за завесой,- говорит Сасскинд,- но сейчас, хотя ни единого изолированного кварка мы не видели, никто всерьёз не будет подвергать сомнению правильность теории кварков. Это часть фундамента современной физики».

Поскольку Вселенная расширяется с ускорением, галактики, находящиеся сейчас на горизонте поля зрения, вскоре исчезнут за ним. Мы не считаем, что они уйдут в небытие, так же, как мы не считаем, что корабль будет дезинтегрирован, скрывшись за горизонтом. Если известные нам галактики могут существовать в отдалённых районах за пределами поля зрения, кто скажет, что там не может быть и чего-то другого? Вещей, которые мы никогда не видели, и никогда не увидим? Как только мы признаем возможность существования регионов, находящихся вне нашего кругозора, последствия вырастают экспоненциально. Британский королевский астроном Мартин Рис сравнивает эту линию рассуждений с терапией, направленной на выработку отвращения. Когда вы признаёте наличие галактик вне нашего текущего горизонта, вы «начинаете с маленького паука, находящегося очень далеко», но, вы не успеете оглянуться, как дадите волю возможности существования мультивселенной, населённой бесконечными мирами, возможно, сильно отличающимися от вашего – то бишь, «найдёте тарантула, ползающего по вам».

Отсутствие возможности напрямую управлять объектами никогда не было моим персональным критерием определения пригодности физической теории. Если что-то и волнует меня по поводу мультивселенной, уверен, к этому оно отношения не имеет.

Мультивселенная бросает вызов ещё одному дорогому нам представлению – уникальности. Может ли это быть причиной проблем? Как поясняет космолог Александр Виленкин, неважно, насколько велик наблюдаемый регион, пока он конечен, он может находиться в конечном числе квантовых состояний. И описание этих состояний однозначно определяет содержимое региона. Если этих регионов бесконечно много, то то же самое состояние обязательно будет воспроизведено где-то ещё. Даже наши слова будут точно воспроизведены. Поскольку процесс продолжается в бесконечность, наших копий тоже будет бесконечное количество.

«Наличие этих копий вгоняет меня в депрессию,- говорит Виленкин. – У нашей цивилизации есть много отрицательных черт, но мы хотя бы могли заявлять об её уникальности – как о произведении искусства. А теперь мы и этого не можем сказать». Я понимаю, что он имеет в виду. Это волнует и меня, но не уверен, что именно эта мысль лежит в основе моей неудовлетворённости. Как говорит с тоской Виленкин, «Я недостаточно самонадеян, чтобы говорить реальности, какой она должна быть».

Главная загадка дебатов заключается в странной иронии. Хотя мультивселенная увеличивает нашу концепцию физической реальности до почти невообразимого размера, она вызывает чувство клаустрофобии, поскольку проводит границу нашего знания и наших возможностей получения знаний. Теоретики мечтают о мире без своевольности, описываемом самодостаточными уравнениями. Наша цель – найти логически полную теорию, сильно ограниченную самодостаточностью, и принимающую только одну форму. Тогда для нас, даже не знающих, откуда или почему взялась эта теория, её структура не будет выглядеть случайной. Все фундаментальные константы природы появятся «из математики, числа π и двоек», как говорит физик из Беркли Рафаэль Буссо .

В этом притягательность Общей теории относительности Эйнштейна – причина, по которой физики всего мира восклицают из-за её необычной бессмертной красоты. Соображения симметрии диктуют уравнения так чётко, что теория кажется неизбежной. Именно это мы хотели повторить в других областях физики. И пока у нас ничего не получилось.

Десятилетиями учёные ищут физические причины того, почему фундаментальные константы обязаны принимать именно такие значения, какие у них имеются, но пока ещё ни одной причины обнаружено не было. И вообще, если мы используем имеющиеся теории, чтобы вычислять возможные значения некоторых из известных параметров, результаты оказываются до смешного далеки от измеренных величин. Но как же объяснить эти параметры? Если существует всего одна-единственная вселенная, то управляющие ей параметры должны быть облечены особым значением. Либо процесс, управляющий выбором параметров, случаен, либо в нём есть некая логика, или даже продуманная цель.

Ни один из вариантов не выглядит привлекательно. Мы, учёные, проводим жизнь в поисках законов, поскольку считаем, что всё происходит по какой-то причине, даже если она нам неизвестна. Мы ищем закономерности, потому что верим в некий порядок во вселенной, даже если не видим его. Чистая случайность не вписывается в это мировоззрение.

Но говорить о разумном плане тоже не хочется, ведь это подразумевает существование некоей силы, предшествовавшей законам природы. Эта сила должна выбирать и судить, что, в отсутствие такой чёткой, сбалансированной и жёстко ограниченной структуры, как, например, ОТО, подразумевает произвол. В идее о возможности существования нескольких логически непротиворечивых вселенных, из которых была выбрана только одна, есть что-то откровенно неудовлетворительное. Если бы это было так, то, как говорит космолог Деннис Сциама , придётся думать, что «существует некто, изучающий такой список, и приговаривающий, "Нет, такой вселенной у нас не будет, и такой не будет. Будет только вот такая"».

Лично меня такой вариант, со всеми его подтекстами по поводу того, что могло бы быть, огорчает. На ум приходят различные сцены: брошенные дети в приюте из какого-то забытого фильма, когда одного из них усыновляют; лица людей, лихорадочно стремившихся к мечте, но не достигших её; выкидыши в первом триместре. Такие вещи, которые почти уже родились, но не смогли, мучают меня. Если не существует теоретического ограничения, исключающего все возможности, кроме одной, такой выбор кажется жестоким и несправедливым.

В таком тщательно настроенном творении как объяснить ненужные страдания? Поскольку эти философские, этические и моральные проблемы не относятся к области физики, большинство учёных избегает их обсуждений. Но нобелевский лауреат Стивен Вайнберг высказался от их имени: «Есть ли в нашей жизни следы великодушного творца – на этот вопрос каждый ответит для себя. Моя жизнь была удивительно счастливой. Но всё равно, я видел, как моя мать мучительно умирала от рака, как болезнь Альцгеймера разрушала личность отца, и как множество двоюродных и троюродных родственников было убито при Холокосте. Признаки присутствия великодушного творца очень хорошо спрятаны».

Перед лицом боли принять случайность гораздо легче, чем чёрствое игнорирование или намеренное злодеяние, присутствующее в дотошно продуманной вселенной.

Мультивселенная обещала отвлечь нас от этих ужасных мыслей, дать нам третий вариант, побеждающий дилемму объяснения.

Конечно, мультивселенную физики придумали не для этого. Она появилась из других соображений. Теория космической инфляции должна была объяснить широкомасштабную гладкость и отсутствие кривизны Вселенной. «Мы искали простое объяснение тому, почему Вселенная похожа на большой шар,- говорит физик из Стэнфорда Андрей Линде. – Мы не знали, что что-то пойдёт к этой идее в нагрузку». Нагрузкой стало понимание того, что наш Большой взрыв был не уникальным, и что, вообще-то, должно существовать бесконечное количество таких взрывов, каждый из которых создаёт не связанное с нашим пространство-время.

Затем появилась теория струн. На сегодня это лучший кандидат на объединённую теорию всего. Она не только достигает невозможного – примирения гравитации и квантовой механики – но просто-таки настаивает на этом. Но для схемы, уменьшающей невероятное разнообразие вселенной до минимального набора строительных кирпичиков, теория струн страдает от унизительной проблемы: мы не знаем, как определить точные значения фундаментальных констант. По текущим прикидкам, существует потенциальных возможностей – неизмеримо огромное число, для которого у нас даже нет названия. Теория струн перечисляет все формы, которые способны принять законы физики, и инфляция даёт возможность для их реализации. С рождением каждой новой вселенной тасуется воображаемая колода карт. Розданная рука определяет законы, управляющие вселенной.

Мультивселенная объясняет, каким образом константы из уравнений приобрели присущие им значения, не привлекая случайность или разумный выбор. Если есть множество вселенных, в которых реализованы все возможные законы физики, мы получаем именно такие значения при измерениях, потому что наша вселенная находится именно на этом месте ландшафта. Никакого более глубокого объяснения нет. Всё. Это и есть ответ.

Но, освобождая нас от старой дихотомии, мультивселенная оставляет нас в тревожном состоянии. У вопроса, над которым мы бились так долго, может не быть более глубокого ответа, чем «так всё устроено». Возможно, это лучшее, что мы можем сделать, но мы к таким ответам не привыкли. Он не срывает покровы и не объясняет, как всё работает. Более того, он разбивает мечту теоретиков, утверждая, что уникального решения найти нельзя, поскольку его не существует.

Некоторым людям не по душе такой ответ, другие считают, что это и ответом-то назвать нельзя, а иные просто принимают его.

Нобелевскому лауреату Дэвиду Гроссу кажется, что мультивселенная «попахивает ангелами». Он говорит, что принятие мультивселенной сродни тому, что вы сдаётесь, принимая, что вы никогда ничего не поймёте, потому что всё наблюдаемое можно свести к «исторической случайности». Его коллега по нобелевке, Герард ’т Хоофт, жалуется, что не может принять сценарий, по которому нужно «перебирать все решения, пока не найдёте соответствующее нашему миру». Он говорит: «физики не работали так в прошлом, и ещё можно надеяться, что в будущем у нас появятся доказательства получше».

Космолог из Принстона, Пол Стейнхардт называет мультивселенную «теорией чего угодно», потому что она всё допускает и ничего не объясняет. «Научная теория обязана быть избирательной,- говорит он. – Её сила в исключаемом количестве возможностей. Если она включает все возможности, то не исключает ничего, и сила её нулевая». Стейнхардт был одним из ранних сторонников инфляции, пока не понял, что она приводит к мультивселенной, и порождает пространство возможностей, вместо того, чтобы делать конкретные предсказания. С тех пор он стал одним из самых громких критиков инфляции. В недавнем эпизоде Star Talk он представился, как поборник альтернатив мультивселенной. «Чем вам так насолила мультивселенная? - пошутил ведущий. – Она уничтожила одну из моих любимых идей», ответил Стейнхардт.

Физики должны были заниматься истиной, абсолютными понятиями, предсказаниями. Либо вещи такие, либо не такие. Теории не должны быть гибкими или инклюзивными, они должны быть ограничивающими, строгими, исключающими варианты. Для любой ситуации хочется иметь возможность предсказать вероятный – а в идеале, единственный и неизбежный – результат. Мультивселенная ничего такого нам не даёт.

Дебаты по поводу мультивселенной часто выливаются в шумные споры, где скептики обвиняют поборников идеи в предательстве науки. Но важно осознать, что такое положение вещей никто не выбирал. Всем хочется вселенную, органически возникающую из прекрасных глубоких принципов. Но из того, что нам известно, в нашей вселенной такого нет. Она такая, какая есть.

Нужно ли спорить против идеи мультивселенной? Должна ли она остаться на вторых ролях? Многие мои коллеги пытаются представить её в более выгодном свете. Логически рассуждая, с бесконечным количеством вселенных работать проще, чем с одной – меньше вещей приходится объяснять. Как говорил Сциама, мультивселенная «в каком-то смысле удовлетворяет бритве Оккама, поскольку вам хочется минимизировать количество случайных ограничений, налагаемых на вселенную». Вайнберг говорит, что теория, свободная от произвольных предположений, и не подвергавшаяся «тщательной подстройке для соответствия наблюдениям», красива сама по себе. Может оказаться, что эта красота сходна с красотой термодинамики, со статистической красотой, объясняющей состояние макроскопической системы, но не каждой из её отдельных компонент. «В поисках красоты нельзя быть заранее уверенным в том, где вы её обнаружите, или какую именно красоту найдёте», говорит Вайзенберг.

Много раз, когда я размышлял над этими сложными интеллектуальными проблемами, мысли мои возвращались к простой и прекрасной мудрости Маленького принца из произведения Антуана де Сент-Экзюпери, который, считая свою любимую розу единственной для всех миров, оказался в розовом саду. Сбитый с толку таким предательством и огорченный утратой важности – его розы и себя самого – он плачет. В итоге он понимает, что его роза «важнее сотен остальных», потому что она его.

В нашей Вселенной может не быть ничего особенного, кроме того, что она наша. Разве этого не достаточно? Даже если все наши жизни и всё, что мы можем познать, окажутся незначительными в масштабах космоса, они всё же наши. Есть что-то особенное в здесь и сейчас, в том, что нечто – моё.

Несколько раз за последние месяцы я воспроизводил в уме мой разговор с Жианом Жудисом. Я находил уверенность в том, как спокойно он относился к огромному количеству возможных вселенных и вроде бы случайных выборах, сделанных нашей. Возможно, мультивселенная просто сообщает нам, что мы работаем не над теми вопросами, говорит он. Возможно, как Кеплер с орбитами планет, мы пытаемся найти в числах более глубокий смысл, чем там есть.

Поскольку Кеплер знал лишь о существовании Солнечной системы, он считал, что в форме орбит планет и в расстояниях между ними скрыта какая-то важная информация, но оказалось, что это не так. Эти значения не были фундаментальными, они были просто данными об окружении. В то время это могло показаться прискорбным, но с точки зрения ОТО мы уже не испытываем чувства потери. У нас есть прекрасное объяснение гравитации. Просто в этом объяснении значения, связанные с орбитами планет, не являются фундаментальными константами.

Возможно, говорит Жудис, мультивселенная подразумевает нечто похожее. Может, нам надо отказаться от того, за что мы хватаемся. Может, нужно мыслить шире, перегруппироваться, поменять вопросы, задаваемые нами природе. По его словам, мультивселенная может открыть «чрезвычайно удовлетворительные, приятные и расширяющие взгляд возможности».

Из всех аргументов в пользу мультивселенной этот нравится мне больше всего. В любом сценарии в любой физической системе можно задать бесконечно много вопросов. Мы пытаемся распутать проблему до её основ и спрашивать самые базовые вопросы, но наша интуиция построена на том, что было раньше, и возможно, что мы основываемся на парадигмах, уже не имеющих отношения к новым областям, которые мы пытаемся изучить.

Мультивселенная больше похожа на ключ, чем на закрытую дверь. С моей точки зрения, мир окрасился надеждой и наполнился возможностями. Он не более расточителен, чем беседка, полная роз.

Вселенные, обладающие различными законами физики, могут быть обитаемы. Чтобы лучше понять наше истинное место в Мультивселенной, необходимо изучать иные вселенные.

Типичный герой голливудского фильма пребывает в постоянной борьбе со смертью. Множество плохих парней стреляют в него, каждый раз промахиваясь лишь на волосок. Какие-то доли секунды отделяют отпрыгнувшего супермена от огненного шара взорвавшейся машины. Друзья приходят ему на помощь за мгновение до того, как нож негодяя должен перерезать ему горло. Повернись любое из этих событий хоть немного иначе - и прости-прощай. При этом, даже если мы не видели фильма раньше, что-то подсказывает нам, что он закончится определенным образом.

В некотором отношении история нашей Вселенной похожа на голливудский фильм. Некоторые ученые считают, что даже небольшое изменение одного из основополагающих законов физики могло бы привести к катастрофе, которая нарушила бы ход нормального развития Вселенной, сделав невозможным наше существование. Например, если удерживающее ядра атомов сильное ядерное взаимодействие оказалось бы немного сильнее или, наоборот, слабее, то в звездах образовалось бы очень мало углерода и других химических элементов, необходимых для формирования планет, не говоря о жизни. Если протон был бы всего на 0,2 % тяжелее, чем он есть, то весь первичный водород практически сразу же распался бы на нейтроны, и никаких атомов вообще не сформировалось бы. И таким совпадениям нет числа.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Множество иных вселенных, каждая со своим набором физических законов, могли возник- нуть из того же первичного вакуума, который породил и нашу Вселенную.

2. Многие из этих возможных вселенных могут содержать сложные структуры и, вероятно, даже некоторые формы жизни.

3. Такие концепции о множественности миров наводят на мысль, что наша Вселенная может и не быть специально «настроена» на возникновение жизни, как это полагалось ранее.

Законы физики - и, в частности, входящие в них мировые константы, такие как константы связи фундаментальных сил, - оказались «настроены» таким образом, чтобы сделать возможным наше существование. Такая точка зрения недалеко ушла от попыток привлечения сверхъестественных объяснений, которые могли бы оказаться вне компетенции науки. Многие физики и космологи в 1970-х гг. начали решать проблему, предполагая, что наша Вселенная - всего лишь одна из многих существующих, каждая из которых обладает собственными физическими законами. Согласно таким «антропным» рассуждениям, мы можем занимать очень редкую, специально «настроенную» вселенную, в которой вся совокупность условий позволила образоваться жизни.

Удивительно, что согласно господствующей в современной космологии теории, основы которой были заложены в 1980-х гг., «параллельные вселенные» могут реально существовать. Фактически, множество вселенных могли бы постоянно рождаться из первичного вакуума таким же образом, как образовалась и наша Вселенная. Наша Вселенная могла бы быть одной из большого количества таких «карманных» вселенных в огромном объемлющем пространстве, называемом Мультивселенной. В подавляющем большинстве таких вселенных законы физики могли бы не приводить к образованию знакомой нам материи или же галактик, звезд, планет и жизни. Однако если рассматривать полный набор всех возможных вариантов, у природы есть неплохой шанс сформировать «правильные» законы хотя бы единожды.

ЧТО ТАКОЕ МУЛЬТИВСЕЛЕННАЯ?

Альтернативные вселенные сейчас становятся предметом серьезных исследований, частично за счет того, что действительно могут существовать. Согласно общепринятой космологической модели, наша Вселенная была рождена из микроскопической области первичного вакуума за счет стремительного экспоненциального расширения, называемого инфляцией. Но вакуум может непрерывно порождать и другие вселенные. Каждая из вселенных обладает собственным набором физических законов; какието могут допускать появление жизни, какие-то нет

Тем не менее, согласно нашим недавним исследованиям, некоторые из иных вселенных - в рамках предположения, что они всё-таки существуют - могут и не быть столь недружелюбными. Примечательно то, что мы нашли примеры альтернативных значений фундаментальных констант и, таким образом, альтернативные множества физических законов, на основе которых могли бы существовать очень интересные миры, а возможно, даже и жизнь. Основная идея заключается в том, чтобы изменить какой-то один из законов природы, а затем некоторым образом подстроить под него все остальные.

Наша работа стоит несколько в стороне от серьезных проблем теоретической физики, таких как, например, проблема малости космологической постоянной, благодаря чему наша Вселенная не схлопнулась сразу же после Большого взрыва и не оказалась разорванной экспоненциально растущим расширением. Тем не менее существование альтернативных и в принципе обитаемых вселенных ставит интересные вопросы и позволяет понять, насколько уникальна наша Вселенная.

Жизнь без слабого взаимодействия

Общепринятый путь, выбранный учеными, таков: превратить какую-нибудь фундаментальную константу в подходящую переменную и изменить ее, оставляя все остальные параметры исследуемой модели неизменными. Основываясь на возникающих при этом новых законах физики, ученые как бы смотрят кинофильм о вселенной - они производят вычисления, прогнозируя различные сценарии ее развития с помощью компьютерного моделирования, чтобы сделать предположения о возможных катастрофах. Но почему одновременно фиксируется только один параметр? Ситуация напоминает вождение автомобиля, когда водитель следует только по одной широте или долготе, но не меняет обе величины сразу. Однако очевидно, что, придерживаясь одной из линий сетки, вы не будете двигаться по нужной вам дороге. Таким образом, нужно менять хотя бы два параметра.

Для поиска альтернативных множеств физических законов, которые все-таки могут создавать сложные структуры, способные в свою очередь порождать жизнь, один из нас (Гилад Перес) и его сотрудники, не делая даже небольшой модификации известных законов физики, просто полностью исключили одно из четырех фундаментальных взаимодействий.

КАК НАЙТИ ГОСТЕПРИИМНУЮ ВСЕЛЕННУЮ?

Многие детали в законах природы оказываются хорошо «настроенными». Так, небольшое изменение величины любой константы, которая появляется в физических уравнениях, обычно ведет к катастрофе. Например, атомы не могут возникнуть, или вещество оказывается сильно рассеянным в пространстве, так что ни галактики, ни звезды, ни планеты не могут образоваться. Изменение одновременно двух констант, тем не менее, может иногда привести к множеству возможных значений, которые допускают возникновение сложных структур или даже некоторых форм разумной жизни. Изменения трех или более параметров еще более расширяют количество возможностей

По самому своему названию фундаментальные взаимодействия представляются как нечто обязательное для любой уважающей себя вселенной. Так, без сильных ядерных взаимодействий, связывающих кварки в протоны и нейтроны, а их в свою очередь в атомные ядра, материя, какой мы ее знаем, не существовала бы. Без электромагнитного взаимодействия не было бы света, атомов и химических связей. Без гравитации нет силы, объединяющей вещество в галактики, звезды, планеты.

Четвертое взаимодействие (слабое ядерное) незримо присутствует в нашей повседневной жизни, но также играет важную роль и в истории Вселенной. Помимо различных прочих важных свойств слабое взаимодействие делает возможными превращения нейтронов в протоны и наоборот. В первые мгновения после Большого взрыва, после того как кварки (возникшие в числе первых форм материи) объединились в группы по три, формируя протоны и нейтроны, вместе называемые барионами, последние смогли объединиться, в группы по четыре, формируя ядра гелия-4, содержащие два протона и два нейтрона. Этот так называемый нуклеосинтез Большого взрыва занял всего несколько секунд жизни нашей Вселенной, когда она остыла достаточно для формирования барионов, но не для того, чтобы последние испытали ядерный синтез. В процессе нуклеосинтеза Большого взрыва образовались водород и гелий, которые позже сформировали бы звезды, где ядерный синтез и другие процессы смогли бы выковать все остальные химические элементы. До сих пор синтез четырех протонов для создания гелия-4 продолжается внутри нашего Солнца, где рождается большая часть энергии, получаемой нами от этой звезды.

ЕЩЕ ЗАМЕЧАНИЯ О «ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ВСЕЛЕННЫХ»

Физики и космологи (а зачастую и писатели-фантасты) говорят о парал- лельных вселенных в различных контекстах. Есть по крайней мере три концепции Мультивселенной, отличные от представленной в статье

ХАББЛОВСКИЙ ПУЗЫРЬ
Наша Вселенная, возможно, гораздо больше, чем та ее часть, которую мы можем на- блюдать, - наш «Хаббловский пузырь» («хаббл-бабл»). Если наша Вселенная обладает бесконечным размером, то должно существовать бесконечное множество таких пузырей с центрами в наблюдателях, расположенных в разных галактиках. Некоторые могут быть идентичны нашему, другие - нет

БРАНЫ
Если пространство обладает более чем тремя измерениями, наша Вселенная может быть одной из трехмерных мембран, или «бран», в многомерном пространстве. Такие параллельные вселенные могут воздействовать одна на другую и даже сливаться

ГИПОТЕЗЫ О МНОГОМЕРНЫХ МИРАХ .
В квантовой физике один и тот же объект может находиться в различных состояниях - как тот знаменитый «кот Шредингера», который одновременно и жив, и мертв. И только внешнее воздействие может заставить объект перейти в какое-то одно конкретное состояние. Некоторые ученые полагают, что все непрерывное множество возможных состояний существует, каждое в отдельном «ответвлении» истории нашей Вселенной

Без слабого взаимодействия кажется маловероятным, что во Вселенной сформировались бы сложные химические соединения, а следовательно, и жизнь. В 2006 г. Перес и его команда обнаружили множество физических законов, которые основываются только на остальных трех взаимодействиях, но, тем не менее, делают Вселенную пригодной для жизни.

Исключение слабого взаимодействия потребовало некоторых изменений в так называемой Стандартной модели физики частиц, которая описывает все взаимодействия за исключением гравитации. Группа исследователей показала, что модификации могут быть сделаны таким образом, что поведение остальных трех взаимодействий - и остальных основных параметров, таких как массы кварков, - могут быть такими же, как и в нашем мире. Мы хотим отметить, что подобный выбор консервативен, предназначен для облегчения расчетов параметров развития вселенной. Вполне возможно, что большое количество других вселенных, «лишенных» слабого взаимодействия, обитаемы, но совершенно не похожи на нашу. Во вселенной без слабого взаимодействия обычное слияние протонов для формирования гелия было бы невозможным, потому что этот процесс требовал бы превращения двух протонов в нейтроны. Однако возможен другой путь для образования химических элементов. Например, в нашей Вселенной материя существенно преобладает над антиматерией, но небольшой настройки величины параметра, контролирующего такую асимметрию, достаточно для того, чтобы нуклеосинтез Большого взрыва оставил основную часть ядер дейтерия. Дейтерий, также известный как водород-2, изотоп водорода, ядро которого содержит помимо одного протона еще и один нейтрон. Так, звезды могли бы светить за счет слияния протона и ядра дейтерия и формирования ядер гелия-3 (два протона и один нейтрон).Такие звезды, лишенные реакций, обусловленных слабым взаимодействием, были бы холоднее и меньше, чем звезды нашей Вселенной. Согласно компьютерному моделированию, проведенному астрофизиком Адамом Барроусом (Adam Burrows) из Принстона, такие звезды могли бы сгорать всего за 7 млрд лет (что составляет примерный возраст нашего Солнца) и выделять энергию со скоростью в несколько процентов от соответствующей солнечной.

Следующая стадия

Подобно звездам нашей Вселенной, звезды без слабого взаимодействия могли бы синтезировать в результате ядерных реакций химические элементы вплоть до железа. Однако типичная реакция, которая в наших звездах приводит к созданию элементов тяжелее железа, осуществлялась бы в этих звездах не всегда, прежде всего потому, что слишком мало нейтронов было бы доступно для захвата ядрами для создания тяжелых изотопов - первый этап в формировании тяжелых элементов. Небольшое количество тяжелых элементов (до стронция) могут быть синтезированы в лишенных слабого взаимодействия звездах за счет других механизмов.

В нашей Вселенной взрывы сверхновых распространяют новые синтезированные элементы по пространству и сами синтезируют новые элементы. Сверхновые бывают нескольких типов: во вселенной без слабого взаимодействия взрывы сверхновых, вызванные коллапсом сверхмассивных звезд, могут не происходить, потому что взрыв есть поток нейтронов, рожденных в результате слабого взаимодействия, которое выносит энергию из недр звезды и создает ударную волну, служащую причиной взрыва. Но различные типы сверхновых - термоядерный взрыв звезды за счет аккреции или гравитационного коллапса - тоже могут существовать. Так элементы могут быть рассеяны в межзвездном пространстве, где они дадут начало новым звездам и планетам.

С учетом относительно невысокой температуры звезд, лишенных реакций слабого взаимодействия, похожее на Землю тело должно быть примерно в шесть раз ближе к своему Солнцу. Для обитателей подобной планеты светило выглядело бы гораздо больше. Такая новая Земля без слабого взаимодействия во многом отличалась бы от нашей родной планеты. В нашем мире тектонические плиты и вулканическая активность обладают энергией за счет радиоактивного распада урана и тория в недрах Земли. Лишенная этих тяжелых элементов, типичная Земля без слабого взаимодействия обладала бы сравнительно скучной и лишенной особенностей геологией - за исключением гравитационных процессов, дающих дополнительный источник нагрева, как это происходит на некоторых спутниках Сатурна и Юпитера.

С другой стороны, химия была бы схожей с нашим миром. Разница заключалась бы в том, что периодическая таблица окончилась бы на железе, за исключением очень незначительных следов других элементов. Однако такое ограничение не запретило бы образование жизненных форм, схожих с известными нам. Так, даже во Вселенной с тремя фундаментальными взаимодействиями могла бы зародиться жизнь.

Иной подход, рассмотренный другим автором этой статьи (Алехандро Дженкинсом) с сотрудниками, представляет собой поиск альтернативных множеств законов физики, чтобы модифицировать Стандартную модель меньше, чем это делается в случае вселенной без слабого взаимодействия (при этом вводятся дополнительные параметры). В 2008 г. группа ученых изучала, до какой степени массы трех наиболее легких из шести кварков (называемых верхним, нижним и странным) могут меняться с сохранением органической химии. Изменение масс кварков неизбежно коснется того, какие барионы и какие атомные ядра могут существовать без быстрого распада. В свою очередь различный ассортимент атомных ядер затронет химию в целом.

КРАТКАЯ ИСТОРИЯ АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ВСЕЛЕННОЙ

Вселенная, обладающая вместо обычных четырех тремя фундаментальными взаимодействиями, могла бы оказаться удивительно знакомой. Вот как это можно сделать:

• Удалить слабое взаимодействие, модифицируя некоторые константы в Стандартной модели физики частиц;
• остальные взаимодействия оставить в точности такими же, как в нашей Вселенной;
• изменить другие параметры, чтобы способствовать наличию ядерных реакций в звездах.

В результате получится мир сложной структуры, который мог бы поддерживать формы жизни, схожие с земными

Кварковая химия

Кажется правдоподобным, что разумная жизнь - если она не слишком сильно отличается от нашей - требует некоторого вида органической химии, которая по определению обладает углеродом. Химические свойства углерода суть следствия его атомного строения: его ядро обладает электрическим зарядом 6, т.е. на орбитах в нейтральном атоме углерода находятся шесть электронов. Эти свойства приводят к тому, что углерод создает огромное разнообразие молекул. Часто делаемое писателями-фантастами предположение о том, что жизнь может основываться на кремнии, следующем элементе в группе углерода в периодической таблице, спорно, поскольку нет сколько-нибудь значительного количества разнообразных молекул, основанных на кремнии. Кроме того, для формирования сложных органических молекул должны быть элементы с химическими свойствами водорода (заряд 1) и кислорода (заряд 8). Для того чтобы увидеть, могут ли они порождать органическую химию, группа ученых должна была рассчитать, могут ли ядра с зарядами 1, 6 или 8 радиоактивно распадаться до того, как они смогли бы принять участие в химических реакциях (см врезку).Устойчивость ядер частично зависит от их масс, которая в свою очередь определяется массами составляющих их барионов. Вычисления масс барионов и ядер, если начинать расчет с масс кварков, очень сложны даже для нашей Вселенной. Однако после тонкой настройки интенсивности взаимодействия кварков можно использовать массы барионов, измеренные в нашей Вселенной, для оценки того, какие изменения масс кварков могли бы повлиять на массы ядер.

В нашем мире нейтрон ровно на 0,1% тяжелее протона. Если массы кварков изменились бы так, что нейтрон стал бы на 2% тяжелее протона, то не существовало бы устойчивых соединений углерода и кислорода. Если бы массы кварков были «настроены» таким образом, чтобы сделать протон тяжелее нейтрона, то протон в ядре водорода мог бы захватить электрон на орбите и превратиться в нейтрон - таким образом, атомы водорода не были бы устойчивыми в течение долгого времени. Но дейтерий или тритий (водород-3) могли бы все же быть устойчивыми и образовывать некоторые формы кислорода и углерода. Наши исследования показали, что даже если протон станет тяжелее нейтрона более чем на 1%, то могут исчезнуть некоторые устойчивые формы водорода.

С дейтерием (или тритием), замещающим водород-1, океаны наполняла бы «тяжелая вода», которая обладает всего лишь небольшими отличиями своих физических и химических свойств от обычной воды. В таких мирах не появится фундаментальных препятствий к развитию органической жизни.

ИГРАЯ С ВЕЩЕСТВОМ

Представьте, что масса легких кварков изменилась (речь идет о частицах, которые могут формировать стабильные барионы, такие как нейтроны и протоны). Останутся ли элементы такими, чтобы была возможна жизнь, какой мы ее знаем? Уж как минимум получившаяся вселенная должна содержать стабильные ядра с электрическими зарядами 1, 6 и 8, т.к. подобные заряды дали бы им свойства, схожие с водородом, углеродом и кислородом соответственно. Далее рассмотрено несколько вариантов того, что могло произойти

В нашем мире третий легчайший кварк (странный кварк) слишком тяжел, чтобы принимать участие в процессах ядерной физики. Однако если его масса сократится более чем в десять раз, то ядра можно будет сформировать не только из протонов и нейтронов, но также и из других барионов, содержащих странный кварк.

Например, наша научная группа выявила вселенную, в которой верхний и странный кварки могли бы иметь одинаковые массы, а нижний кварк был бы много легче. Атомные ядра состояли бы не из протонов с нейтронами - вместо нейтронов был бы другой барион, называемый «сигма минус». Важно отметить, что даже такая радикально отличная от нашей вселенная обладала бы устойчивыми формами водорода, углерода и кислорода и, таким образом, могла бы иметь органическую химию. Возникали бы такие элементы в достаточном количестве для появления где-нибудь жизни или нет - вопрос остается открытым.

Но если бы жизнь могла зародиться, могло бы случиться то же, что и в нашем мире. В такой вселенной физики столкнулись бы с вопросом, почему верхний и странный кварки обладают почти одинаковыми массами. Они могли бы даже представить, что такое удивительное совпадение имеет антропное объяснение, основанное на необходимости существования органической химии. Тем не менее нам известно, что такое объяснение было бы ложным, потому что наш мир тоже обладает органической химией, несмотря на то что массы верхнего и странного кварков различны.

С другой стороны, вселенные, в которых все три легких кварка имеют одинаковые массы, возможно, и не обладали бы органической химией: любое ядро с достаточно большим электрическим зарядом практически сразу же распалось бы. К сожалению, очень сложно воссоздать в деталях истории вселенных, физические параметры которых отличаются от наших. Эта тема требует дальнейшего исследования.

Струнный ландшафт

Ученые получили косвенные свидетельства о существовании Мультивселенной с помощью моделирования и подгонки параметров. Остается ли под вопросом реальное существование Мультивселенной? Мы не думаем, что это обязательно, по двум причинам. Первая следует из наблюдений, согласуемых с теорией. Астрономические данные строго поддерживают гипотезу о том, что наша Вселенная родилась из крошечной области пространства-времени, возможно, размером с одну миллиардную часть протона. Затем Вселенная прошла через стадию быстрого - экспоненциального - роста, называемую инфляцией. Космологи до сих пор не создали окончательной модели инфляции, но, согласно теории, различные области пространства-времени могли бы расширяться с различной скоростью, создавая таким образом нечто, напоминающее «карман», который мог бы стать самостоятельной вселенной со своими физическими константами. Пространство между отдельными «карманными» вселенными могло бы продолжать расширяться так быстро, что оказалось бы невозможным путешествовать и посылать сообщения от одной вселенной к другой, даже со скоростью света.

Вторая причина, позволяющая допустить существование Мультивселенной, следующая: величина космологической постоянной, меры энергии пустого пространства, «настроена» с необычайной степенью точности. Квантовая физика предсказывает, что энергией обладает даже пустое пространство. Общая теория относительности Эйнштейна гласит, что все формы энергии вызывают гравитацию. Если энергия положительная, это вынуждает пространство расширяться с экспоненциальной скоростью. Если отрицательная - вселенная сожмется в «Большом хлопке». Согласно квантовой теории, космологическая постоянная должна быть настолько велика по модулю, что пространство расширялось бы слишком быстро для того, чтобы успели сформироваться такие структуры, как галактики, или для того чтобы вселенная схлопнулась за доли секунды.

ЕСТЬ ТАМ КТО-НИБУДЬ?

Множество физических законов могут появиться из первичного вакуума. В большинстве случаев, включая те, о которых пойдет речь ниже, неизвестно, способна ли в таких вселенных зародиться жизнь. Но будущие исследования, вероятно, смогут ответить на этот вопрос

ПРАВИЛА ГЕЛИЯ
Определенные модификации вселенной без слабого взаимодействия могли бы привести к формированию вселенной практически без водорода; звезды были бы преимущественно из гелия

МНОГОКВАРКОВОСТЬ
В нашей Вселенной кварки формируют частицы, объединяясь парами или тройками, но в других вселенных кварки могут объединяться в группы по четыре, пять и более

ВЫСШИЕ РАЗМЕРНОСТИ
Согласно теории суперструн, пространство обладает десятью измерениями. В нашей Вселенной все кроме трех скручены или по какой то иной причине невидимы. А что если четыре или более измерений все-таки видимы?

Один из способов объяснить, почему наша Вселенная избежала таких ужасов, - предположение, что какой-то член в уравнениях Эйнштейна погасил вклад космологической постоянной. Проблема в том, что этот член должен был бы быть «настроен» очень точно - отклонение его значения всего на сотый знак после запятой привело бы к отсутствию структур во Вселенной.

В 1987 г. Стивен Вайнберг (Steven Weinberg), лауреат Нобелевской премии, физик-теоретик из Техасского университета в Остине, предложил антропное объяснение. Он вычислил верхнее ограничение на величину космологической постоянной. Если ее реальное значение больше, то пространство расширялось бы так быстро, что во Вселенной не оказалось бы структур, которые необходимы для возникновения жизни. Таким образом, само наше существование доказывает, что значение космологической постоянной невелико.

Далее, в конце 1990-х гг. прошлого века астрономы обнаружили, что Вселенная расширяется ускоренно за счет неизвестной формы «темной энергии». Наблюдаемый темп расширения говорит о том, что космологическая постоянная мала и положительна - в рамках, предсказанных Вайнбергом: это означает, что темная энергия очень «разрежена».

Так, космологическая постоянная кажется «настроенной» с величайшей точностью. Кроме того, методы, приложенные нашей группой к слабому взаимодействию и массам кварков, кажутся в этом случае провальными, потому что, видимо, невозможно обнаружить родственные вселенные, в которых космологическая постоянная существенно больше наблюдаемого нами значения. В Мультивселенной огромное большинство вселенных могли бы иметь космологическую постоянную, при которой не образовалось бы никаких структур. Аналог из реального мира - поход тысячи людей через труднопроходимую пустыню. Те несколько счастливчиков, которые смогут это сделать и остаться в живых, расскажут захватывающие истории о ядовитых змеях и других смертельных опасностях, кажущихся слишком далекими от реальности.

Теоретические аргументы, рожденные в теории струн (спекулятивное расширение Стандартной модели и попытки описать все взаимодействия как колебания микроскопических струн), кажется, подтверждают такой сценарий. Эти аргументы говорят, что во время инфляции космологическая постоянная и другие параметры могли обладать поистине безграничным разбросам различных значений, называемым «ландшафтом теории струн» (см.: Буссо Р., Полчински Й. Ландшафт теории струн // ВМН, № 12, 2004 ). Наша собственная работа, тем не менее, подвергает сомнению полезность антропного принципа, по крайней мере вне случая космологической постоянной. Возникают также и важные проблемы. Например, если жизнь действительно возможна без слабого взаимодействия, тогда почему в нашей Вселенной оно вообще есть? Фактически физика частиц утверждает, что в нашей Вселенной есть слабое взаимодействие, но недостаточно слабое. Его наблюдательная величина кажется неестественно большой в Стандартной модели. Основное объяснение для этой загадки требует существования новых частиц и новых сил, которые физики надеются обнаружить на Большом адронном коллайдере. Как следствие, многие теоретики ожидают, что основное количество вселенных обладают слабым взаимодействием, которое так слабо, что его можно считать практически отсутствующим. Таким образом, нет ничего удивительного в том, что мы живем во Вселенной, обладающей слабым взаимодействием. Естественно, только глубокое знание того, как Вселенная родилась, поможет ответить на все эти вопросы. В частности, мы можем открыть физические принципы более фундаментальных уровней, гласящие, что природа принимает именно такие законы, а не иные.Возможно, нам не суждено найти прямых указаний на существование других вселенных, и мы не сможем увидеть ни одну из них, но нам следует узнать о них больше, если мы хотим понять наше истинное место в Мультивселенной или то, что таится за ее пределами.

Алехандро Дженкинс (Alejandro Jenkins), урожденный костариканец, работает в Группе физики высоких энергий в Университете Флориды. Окончил Гарвардский университет и Калифорнийский технологический институт. Занимается исследованиями возможности существования альтернативных вселенных в Массачусетсском технологическом университете с Бобом Джаффом (Bob Jaffe) и Итамаром Кимчи (Itamar Kimchi). Гилад Перес (Gilad Perez) - физик-теоретик израильского Института Вейцмана в Реховоте, где он и получил докторскую степень в 2002 г. В Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли он исследует Мультивселенную с Рони Харником (Roni Harnik) из Стэнфордского университета и Грэхемом Крибсом (Graham D. Kribs) из Орегонского университета. Он работает также в Университете в Стони-Бруке, в Бостонском и Гарвардском университетах.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

• Designer Universe? Steven Weinberg. Conference on Cosmic Design of the American Association for the Advancement of Science, Washington, D.C., April 1999. Доступно онлайн на www.physlink.com/education/essay_weinberg.cfm .
• Тегмарк М. Параллельные вселенные // ВМН, № 8, 2003.
• A Universe without Weak Interactions. Roni Harnik, Graham D. Kribs and Gilad Perez in Physical Rreview D, Vol. 74, No. 3, pages 035006-1-035006-15; August 2006.
• Quark Masses: An Environmental Impact Statement. Robert l. Jaffe, Alejandro Jenkins and Itamar Kimchi in Physical Review D, Vol. 79, No. 6, pages 065014-1065014-33; March 2009.

Вселенная, в которой мы живём, может быть не единственной.

Хотя такая концепция и может удивлять, за ней стоит отличная физика. И существует не только один способ убедиться в этом — многочисленные физические теории независимо друг от друга приводят к такому выводу. В самом деле, некоторые эксперты считают, что существование скрытых вселенных скорее более вероятно, нежели нет. Вот пять наиболее правдоподобных научных теорий, предполагающих, что мы живём в МегаВселенной.

1. Математические Вселенные

Учёные спорят: математика – это просто полезный инструмент для описания Вселенной, или сама математика и есть фундаментальная реальность — и наши наблюдения за Вселенной всего лишь несовершенные представления о её истинном математическом характере. Если верно последнее, то, возможно, существуют математические инварианты нашей Вселенной.

В этих структурных инвариантах выполняются законы математической логики, порой отличной от логики привычного для нас Мира.

«Математическая структура является тем, что можно описать неким образом, полностью зависящим от человеческого багажа знаний», говорит Макс Тегмарк из Массачусетского технологического института, который предложил эту идею. «Я действительно считаю, что эта вселенная есть, что она может существовать независимо от меня, и что будет продолжать существовать, даже если не будет никаких людей».

Иными словами, эти инварианты вообще не зависят от наличия человечества, которое пытается их осознать.

2. Дочерние Вселенные

Теория квантовой механики, которая царит в мире субатомных частиц, предлагает ещё один способ существования множественных вселенных. Квантовая механика описывает мир в терминах вероятностей, а не определённых результатов. И математика этой теории предполагает, что все возможные результаты случаются — в их собственных отдельных вселенных.

Например, если вы достигнете перекрёстка, где вы можете пойти направо или налево, настоящая Вселенная порождает две дочерних вселенных: ту, в которой вы идёте налево, и ту, в которой вы идёте направо, и отличить их невозможно.

3. Параллельные Вселенные

Ещё одна идея, которая возникает из теории струн — параллельные вселенные, которые просто парят вне досягаемости нашей собственной. Идея исходит от возможности существования большего числа измерений, чем в нашем мире. В дополнение к нашей собственной трёхмерной реальности пространства, другие трёхмерные реальности могут плавать в многомерном пространстве.

Физик Брайан Грин из Колумбийского университета описывает это так: «Наша Вселенная всего лишь один «блок» из огромного количества «блоков», плавающих в пространстве с множеством измерений».

Некоторые следствия из этой теории предполагают, что время от времени эти параллельные вселенные не всегда параллельны и не всегда вне досягаемости. Иногда они могут врезаться друг в друга, в результате чего происходят Большие Взрывы, что вызывает порождение всё новых и новых вселенных.

4. Пузырьковые Вселенные

В научном мире имеются и другие теории развития вселенных, в том числе теория хаотической инфляции.

Эта теория предполагает, что после Большого Взрыва Вселенная расширялась подобно надуваемому воздушному шарику и часть её успела оформиться в виде «пузыря» привычной для нас Вселенной, давшей возможность сформироваться звёздам.

Но в некоторых частях пространства-времени процессы шли по-иному, и в результате сформировались множество других изолированных вселенных – в виде отдельных «пузырьков», подобно выдуваемым мыльным пузырям – разного размера, на разных стадиях развития с собственными физическими константами и законами.

Концепция была предложена космологом Александром Виленкиным, ныне работающим в университете Тафтса.

5. Бесконечные Вселенные

Учёные считают наиболее вероятной плоскую форму пространства-времени (в отличие от сферической или тороидальной).

Но если пространство-время бесконечно и продолжается вечно, то в какой-то момент оно должно начать повторяться, потому что существует конечное число способов, по которым частицы могут быть расположены в пространстве и времени.

Так что, если пройти достаточно далеко, можно столкнуться с другой вашей версией – и на самом деле, их бесконечное множество. Некоторые из этих близнецов будет делать именно то, что вы делаете сейчас, в то время как другие наденут различные свитера сегодня утром, и они могут иметь совершенно разные карьеры и различные образы жизни.

Поскольку наблюдаемая Вселенная расширяется только в 13,7 млрд. лет после Большого взрыва (что эквивалентно размеру в 13,7 млрд. световых лет), пространство-время за этой границей может считаться самостоятельной отдельной Вселенной. Таким образом, множество вселенных существует рядом друг с другом как гигантское лоскутное одеяло вселенных.