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

Глава 6. Добро пожаловать в мультиверс

Если б расчищены были врата восприятия, всякое предстало бы человеку, как оно есть – бесконечным. Ибо человек замуровал себя так, что видит все чрез узкие щели пещеры своей.

Бесконечны лишь Вселенная и человеческая глупость; причем насчет Вселенной я не уверен.

Готовы ли вы к спорным темам? Наука, с которой мы до сих пор знакомились в этой книге, сегодня в основном не вызывает разногласий. Но теперь мы вступаем в дискуссионную область: многие мои коллеги-физики будут горячо агитировать «за» или «против» идей, о которых сейчас пойдет речь.

Мультиверс I уровня

Существует ли точная ваша копия, читающая мою книгу и решившая отложить ее, не закончив это предложение? Человек, живущий на планете Земля с туманными горами, плодородными полями и растущими городами, – планете, находящейся в Солнечной системе вместе с другими 7 планетами? Жизнь этого человека была идентична вашей вплоть до настоящего момента, когда, решив продолжить чтение, вы породили расхождение между своими жизнями.

Вероятно, вы сочтете идею странной, и, должен признаться, у меня была такая же инстинктивная реакция. И все же нам, по-видимому, придется с ней смириться, поскольку простейшая и наиболее популярная сейчас космологическая модель предсказывает, что такой человек действительно существует в галактике на расстоянии около 101029м. Для этого утверждения даже не требуется спекулятивных допущений современной физики – достаточно того, что пространство бесконечно и более или менее однородно заполнено материей. Ваш двойник – это просто предсказание теории вечной инфляции, которая согласуется со всеми современными наблюдательными данными и служит основой большинства расчетов и моделей, представляемых на космологических конференциях.

Что такое Вселенная?

Прежде чем говорить о других вселенных, важно пояснить, что мы подразумеваем под собственной. Вот терминология, которой я буду пользоваться:

Физическая реальность – это все, что существует.

Наша Вселенная – это часть физической реальности, которую мы в принципе можем наблюдать.

Если пренебречь квантовыми осложнениями, которыми мы займемся в гл. 7, следующее определение Вселенной эквивалентно приведенному.

Наша Вселенная – это сферическая область пространства, в которой свету хватит времени, чтобы дойти до нас за 14 млрд лет, прошедших с момента нашего Большого взрыва.

В предыдущей главе мы назвали эту область наблюдаемой Вселенной. Более наукообразный синоним, популярный у астрономов, – объем внутри космологического горизонта[19]. Астрономы любят говорить и о нашем хаббловском объеме, размер которого примерно таков же и определяется как область, внутри которой галактики удаляются медленнее, чем свет.

Имея в виду, что могут существовать другие вселенные, я считаю излишне высокомерным называть нашу собственную – этой Вселенной, так что я постараюсь вовсе избегать данного термина. Но это, конечно, дело вкуса, например, ньюйоркцы называют свой город просто «Городом», а американцы и канадцы говорят о своем бейсбольном чемпионате как о «Мировой серии».

Хотя эти определения могут показаться разумными, имейте в виду, что некоторые авторы применяют эти термины иначе. Кое-кто использует выражение «эта Вселенная» (которого я избегаю) для обозначения всего, что существует, и в таком случае по определению не может быть никаких параллельных вселенных.

Теперь, когда мы дали определение нашей Вселенной, хорошо бы узнать, насколько она велика. Вселенная – это сферическая область с центром на планете Земля. Материя у края Вселенной, от которой свет едва успел дойти до нас за 14 млрд лет, находится сейчас на расстоянии 5 × 1026 м[20]. Насколько сегодня известно, Вселенная содержит около 1011 галактик, 1023 звезд, 1080 протонов и 1089 фотонов.

Это, конечно, огромное количество материи, но может ли ее в дальнем космосе быть еще больше? Теория инфляции предсказывает, что так и есть. Вселенная вашего двойника, если она существует, – сфера такого же размера, центр которой где-то очень далеко от нас. Мы не можем ее увидеть и не можем ни с чем в ней взаимодействовать, поскольку ни свет, ни какая-либо другая информация из нее еще не успели до нас дойти. Это простейший пример параллельных вселенных. Я предпочитаю называть эту разновидность – отдаленную область пространства размером с нашу Вселенную – параллельной вселенной I уровня. Все параллельные вселенные I уровня образуют мультиверс I уровня. В табл. 6.1 даны определения всех разновидностей мультиверсов, о которых говорится в книге, и поясняется, как они взаимосвязаны.

Само наше определение Вселенной будто подразумевает, что понятие наблюдаемой Вселенной относится к небольшой части огромного мультиверса, который навсегда останется в ведении метафизики. Эпистемологическая граница между физикой и метафизикой определяется исходя из возможности экспериментальной проверки теории, а не из того, насколько странной теория кажется и ссылается ли она на ненаблюдаемые сущности. Экспериментальные прорывы, ставшие возможными благодаря развитию технологий, расширяют горизонты физики, которые охватывают все более абстрактные (и в момент их появления контринтуитивные) представления, например: сферическая вращающаяся Земля, электромагнитное поле, замедление времени на высоких скоростях, квантовые суперпозиции, искривленное пространство и черные дыры. Становится все яснее, что теории, основанные на современной физике, в действительности могут быть предсказательными, эмпирически проверяемыми и фальсифицируемыми, несмотря на то, что они включают в себя понятие мультиверса. В оставшейся части этой книги мы будем исследовать целых четыре уровня параллельных вселенных, и лично для меня самый интересный вопрос состоит не в том, существует ли мультиверс (поскольку существование его I уровня не вызывает сомнений), а в том, сколько внутри него уровней.

На что похожи параллельные вселенные I уровня?

Допустим, инфляция действительно имела место и сделала наше пространство бесконечным. В таком случае существует бесконечное число параллельных вселенных I уровня. Более того, как показано на рис. 5.8, бесконечное пространство в момент его образования было заполнено материей, которая, как и в нашей Вселенной, постепенно образовывала атомы, галактики, звезды и планеты. Это значит, что большинство параллельных вселенных I уровня имеет в общих чертах такую же космологическую историю, как и наша Вселенная. Однако большинство их отличается от нашей Вселенной в деталях, поскольку их начальные состояния немного различались. Причины этого, как я говорил в предыдущей главе, в том, что первичные флуктуации, ответственные за появление всех космических структур, были порождены квантовыми флуктуациями, которые во всех отношениях совершенно случайны.

Физическое описание нашего мира традиционно делится на две части: с чего все началось и как все изменяется. Иными словами, мы имеем начальные условия и законы физики, указывающие, как начальные условия меняются с течением времени. Наблюдатели в параллельных вселенных I уровня открывают точно такие же законы физики, как и мы, однако с иными начальными условиями. Так, частицы начинают движение из немного иных мест и двигаются со слегка отличными скоростями. Именно небольшие различия определяют, что в конце концов случится в соответствующих вселенных: какие области пространства превратятся в галактики, а какие станут межгалактическими пустотами, у каких звезд будут планеты, на каких из них появятся динозавры и на каких они погибнут из-за столкновения с астероидом, и т. д. Иначе говоря, вызванные квантовыми явлениями различия между параллельными вселенными, со временем усиливаясь, порождают совершенно разные истории. Короче, студенты в параллельных вселенных I уровня будут изучать одни и те же законы на занятиях по физике, но разные факты на занятиях по истории.

Но существуют ли вообще эти студенты? Кажется совершенно невероятным, чтобы ваша жизнь была бы точно повторена, поскольку для этого требуется очень много совпадений: Земля должна образоваться, на ней должна развиться жизнь, должны вымереть динозавры, ваши родители должны встретиться, вам должно прийти в голову прочесть эту книгу и т. д. Но вероятность того, что все это случится, определенно не равна нулю, поскольку именно это фактически случилось здесь, в нашей Вселенной. Если бросить игральные кости достаточное число раз, гарантированно произойдут даже самые маловероятные вещи. При бесконечном числе параллельных вселенных I уровня, порожденных инфляцией, квантовые флуктуации, по сути, и бросают кости бесконечное число раз, со стопроцентной уверенностью обещая, что ваша жизнь повторится. На самом деле таких повторений бесконечно много, поскольку и ничтожная доля бесконечного числа остается бесконечным числом.