Галина Железняк - Параллельные миры
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. 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, которая заполнена веществом, рожденным энергией поля, вызывающего инфляцию.
Соседние домены удалены от нас так, 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. Среди 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.
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 году. «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 соответствующего примера рассмотрим массу Солнца. Как известно, светимость звезды определяется ее массой. Согласно законам физики, жизнь на Земле может существовать лишь при условии, что масса Солнца лежит в пределах от 1,6 х 1030 до 2,4 х 1030 кг. В противном случае климат Земли был бы холоднее, чем на Марсе, или жарче, чем на Венере.
Измерения массы Солнца дали значение 2,0 х 1030 кг. На первый взгляд, попадание массы Солнца в интервал значений, обеспечивающих 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 не могли бы 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 предполагать существование параллельных вселенных с иными значениями физических констант.
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 просто вокруг нас. Он возникает из знаменитой и весьма спорной интерпретации квантовой механики. Это идея о том, что случайные квантовые процессы заставляют вселенную «размножаться», образуя множество своих копий — по одной для каждого возможного результата процесса.
В начале XX века квантовая механика объяснила природу атомного мира, который не подчинялся законам классической ньютоновой 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 Шредингера, 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.
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 годы XX века физики обошли эту странность, постулировав, что волновая функция коллапсирует к некоторому определенному классическому исходу, когда кто-либо осуществляет наблюдение.
Со временем физики отказались от этой точки зрения в пользу другой, предложенной в 1957 году 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.
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.
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 наше восприятие мира с раннего детства, задолго то того, как мы 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 изобрели для передачи своего восприятия.
