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.
Уильям Блейк
«Бракосочетание Неба и Ада»[18]
Бесконечны лишь Вселенная и человеческая глупость; причем насчет Вселенной я не уверен.
Приписывается Альберту Эйнштейну
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.
Но бесконечное пространство содержит не только ваши точные копии. В нем гораздо больше людей, которые очень похожи на вас. Так что если бы вам удалось встретиться с человеком, чей облик идеально похож на ваш, вполне вероятно, что он говорил бы на языке, который вы не смогли бы понять, и прожил бы жизнь, совершенно не похожую на вашу. Но среди всех ваших бесконечных подобий там, на других планетах, есть и некто, разговаривающий по-английски, живущий на планете, идентичной Земле, и с жизнью, неотличимой от вашей. Этот человек чувствует то же, что и вы. И все же могут быть крайне незначительные отличия в том, как движутся частицы в мозге вашего двойника – отличия слишком малые, чтобы быть в данный момент ощутимыми, но достаточные, чтобы в следующую секунду заставить его отложить книгу, тогда как вы продолжите чтение, и с этого момента ваши жизни начнут расходиться.
Возникает интересный философский вопрос, которым мы займемся в гл. 11. Если действительно существует много ваших копий с одинаковым прошлым и воспоминаниями, это разрушает традиционное понятие детерминизма: вы не сможете предсказать собственное будущее, даже если обладаете полным знанием всей прошлой и будущей истории космоса! Дело в том, что нет способа определить, какой из копий являетесь вы (все они чувствуют себя вами ). И все же с некоторого момента их жизни обычно расходятся, поэтому большее, что вы можете сделать – это предсказать вероятности событий, которые могут с вами случиться.
Короче говоря, в бесконечном пространстве, порожденном инфляцией, случается все, что может случиться согласно законам физики. И случается все бесконечное число раз. Это значит, что существуют параллельные вселенные, где вы никогда не получали штраф за парковку, где вы носите другое имя, где вы выиграли в лотерею миллион, где Германия победила во Второй мировой войне, где по Земле продолжают бродить динозавры, где, наконец, Земля вовсе не образовалась. Хотя каждый из этих вариантов имел место в бесконечном числе вселенных, некоторые случились в большей их доле, и осмысление этого факта приводит к интереснейшим выводам. Мы поговорим об этом в гл. 11.
Параллельные вселенные ненаучны?
До сих пор я рассказывал здесь в основном о вещах, которые, надеюсь, вы находили вполне разумными. Конечно, кое-какие научные открытия, которые я описывал, в свое время считались спорными, но сегодня они общепризнанны. Тем не менее в этой главе, вероятно, все кажется слегка ненормальным. А рассуждения о наших копиях могут показаться просто безумием. Так что прежде чем лезть дальше в эту кроличью нору, следует сделать паузу. Прежде всего, действительно ли научно говорить о таких вещах, которые мы не можем даже наблюдать, или я пересек черту и занялся чистым философствованием?
Философ Карл Поппер популяризировал максиму, ныне широко признанную: «Если нечто не фальсифицируемо, то оно ненаучно». Физика – это постоянная проверка математических теорий с помощью наблюдений: если теория в принципе не может быть проверена, то чисто логически ее невозможно фальсифицировать, а значит, она ненаучна. Отсюда вытекает, что надежда оказаться научными есть лишь у теорий . Так мы приходим к очень важному тезису:
Параллельные вселенные – это не теория, а предсказание некоторых теорий.
Таких, как теория инфляции. Параллельные вселенные (если они существуют) – это объекты, а объекты не бывают научными, так что параллельные вселенные могут быть научны не более, чем галлюцинации.
Поэтому нам следует переформулировать свои сомнения в терминах теорий. Это приводит к ключевому вопросу: являются ли теории, предсказывающие существование ненаблюдаемых сущностей, нефальсифицируемыми и поэтому ненаучными?
Вот здесь мне становится действительно интересно, поскольку на данный вопрос есть четкий ответ: чтобы теория была фальсифицируемой, не обязательно иметь возможность наблюдать и проверять все ее предсказания, достаточно хотя бы одного. Рассмотрим следующие аналогии:
Поскольку общая теория относительности (ОТО) Эйнштейна успешно предсказала многие наблюдаемые явления (например характер движения Меркурия вокруг Солнца, искривление света под влиянием гравитации и гравитационное замедление часов), мы считаем ее успешной научной теорией и всерьез принимаем такие ее предсказания, которые касаются вещей, коих мы наблюдать не можем , например пространства, продолжающегося внутри черной дыры под ее горизонтом событий[21], а также того, что (в противоположность ранним недоразумениям) на самом горизонте ничего необычного не происходит. Аналогично, успешные предсказания теории инфляции, описанные в двух предыдущих главах, делают ее научной теорией, а значит можно воспринимать всерьез и другие ее предсказания: проверяемые (например относительно того, что будет измерено в будущих экспериментах по исследованию космического микроволнового фона) и кажущиеся непроверяемыми, вроде существования параллельных вселенных. Последние три примера в таблице выше относятся к теориям, которые я разберу ниже, и предсказывают дополнительные типы параллельных вселенных.
Еще одна важная особенность физических теорий состоит в том, что если вам нравится одна из них, придется «покупать» ее в полной комплектации. Нельзя сказать: «Мне нравится, как ОТО объясняет орбиту Меркурия, но я не люблю черные дыры, так что хочу обойтись без них». Вы не можете «купить» ОТО без черных дыр, в отличие от кофе без кофеина. ОТО – это жесткая математическая конструкция, которая не допускает точных настроек; вам придется либо принять все ее предсказания, либо с нуля изобрести другую математическую теорию, которая согласуется со всеми успешными предсказаниями ОТО и одновременно предсказывает, что черных дыр не существует. Это оказывается чрезвычайно сложным делом, и до сих пор подобные попытки оканчивались ничем.
Так вот, и параллельные вселенные – не аксессуар к теории вечной инфляции. Они часть пакета, и если они вам не нравятся, придется найти другую математическую теорию, которая решит проблему взрыва, проблему горизонта, проблему плоской геометрии, а также сгенерирует первичные космологические флуктуации, но при этом не будет предсказывать параллельных вселенных. Это оказалась крайне сложно. Вот почему все больше моих коллег, часто нехотя, начинают всерьез воспринимать параллельные вселенные.
Аргументы в пользу параллельных вселенных I уровня
Итак, мы усвоили важную мысль: не нужно чувствовать вину за разговоры о параллельных вселенных в этой книге, несмотря на то, что она задумана как научная. Однако теория не становится верной только оттого, что она научна, так что разберем доводы в пользу параллельных вселенных.
Ранее мы убедились, что мультиверс I уровня, включая ваших двойников, – это логическое следствие вечной инфляции. Мы также знаем, что теория инфляция – самая популярная сейчас в научном сообществе теория, описывающая раннюю Вселенную, и что инфляция обычно бывает вечной, а значит, порождает мультиверс I уровня. Иными словами, лучшим аргументом в пользу мультиверса I уровня являются свидетельства в пользу инфляции. Доказывает ли это существование ваших двойников? Конечно, нет. На данный момент мы не можем быть совершенно уверены, что инфляция вечна, или даже что она вообще имела место. К счастью, изучение инфляции сейчас очень привлекательно и в теоретическом, и в экспериментальном отношении, так что в ближайшие годы мы скорее всего получим новые данные за или против теории вечной инфляции (и, следовательно, за или против мультиверса I уровня).
До сих пор мы вели разговор в контексте теории инфляции. Но действительно ли мультиверс I уровня неразрывно связан с инфляцией? Нет, это не так. Чтобы мультиверса I уровня вовсе не существовало, не должно существовать никакого пространства за пределами области, доступной нашим наблюдениям. У меня нет ни одного коллеги, который выступал бы за столь малый размер пространства. Придерживающийся такого мнения подобен страусу, спрятавшему голову в песок и утверждающему, что существует лишь то, что он видит. Все мы признаем существование вещей, которых не видим, но смогли бы увидеть, если бы мы переместились или подождали (например, находящихся за горизонтом кораблей). Объекты за нашим космологическим горизонтом имеют такой же статус, поскольку наблюдаемая Вселенная ежегодно увеличивается примерно на световой год, и до нас доходит свет из все более далеких областей[22].
А что можно сказать об аргументах в пользу существования наших двойников? Если мы проанализируем приведенные выше рассуждения, то увидим: свойство мультиверса I уровня, выражающееся словами «Случается все, что может случиться», вытекает из двух отдельных логических допущений, и оба они могут быть корректными и без инфляции:
1. Пространство и материя бесконечны. Первоначально существовало бесконечное пространство, заполненное горячей расширяющейся плазмой.
2. Случайные зародыши; первоначально имелся механизм, действующий так, что в любой области могли возникнуть любые возможные первичные флуктуации, кажущиеся случайными.
Проанализируем эти два предположения. Я думаю, второе из них весьма разумно, вне зависимости от инфляции. Согласно нашим наблюдениям, случайного вида первичные флуктуации существуют, так что мы знаем, что некий механизм их породил. Мы тщательно измерили их параметры, используя космический микроволновый фон и карты галактик, и обнаружили, что их статистические свойства соответствуют тому, что в теории вероятности называют гауссовым случайным полем , и это удовлетворяет предположению № 2. Более того, если инфляции не было и далекие области пространства не могли бы взаимодействовать друг с другом (рис. 5.2 ), этот механизм гарантированно «бросал бы игральные кости» независимо в каждой области.
Что можно сказать о предполагаемой бесконечности пространства и материи? Прежде всего, бесконечное пространство, достаточно равномерно заполненное материей, было стандартным предположением общепринятой космологии задолго до изобретения инфляции, и сегодня это часть так называемой стандартной космологической модели. Тем не менее это предположение (и вытекающее из него существование мультиверса I уровня) считается спорным. Отчасти эти соображения привели в 1600 году на эшафот Джордано Бруно. Тем, кто публиковался относительно недавно (в их числе Джордж Эллис, Джефф Брандрит, Жауме Гаррига и Александр Виленкин), костер уже не грозил, но все же давайте критически подойдем к допущению бесконечности пространства и бесконечности материи.
Хотя простейшая модель пространства, предложенная еще Евклидом, бесконечна (гл. 2 ), эйнштейновская общая теория относительности предлагает различные варианты того, как именно пространство может быть конечным. Если пространство свернуто как гиперсфера (рис. 2.7 ), общий объем такой гиперсферы должен быть по меньшей мере стократно больше той ее части, которую мы можем наблюдать – нашей Вселенной. Иначе невозможно объяснить, почему видимая часть пространства такая плоская, что эксперименты по изучению космического микроволнового фона не обнаруживают никакой кривизны. Иными словами, даже если мы живем в конечном пространстве вроде гиперсферы, все равно существуют по крайней мере сотни параллельных вселенных I уровня.
А что можно сказать относительно конечного пространства торообразного – как бублик – типа (гл. 2 )? Геометрия такого пространства плоская, но, начав движение в определенном направлении, в конце концов возвращаешься в исходную точку. Похожее пространство смоделировано в компьютерных играх, в которых можно вылететь за границу игрового поля и сразу же появиться с другой его стороны, так что, если заглянуть достаточно далеко вперед, вы увидите перед собой собственный затылок, а во всех направлениях – бесконечно много ваших регулярно повторяющихся копий, будто вы оказались в комнате с зеркальными стенами. Если у нашего пространства такие свойства, то какой минимальный размер оно может иметь? Ясно, что оно должно быть гораздо больше нашей Галактики, поскольку в телескопы мы не видим бесконечного числа копий Млечного Пути, выстроившихся аккуратными рядами. Но если бы размер составлял, скажем, 10 млрд световых лет, этот тест уже не сработал бы: мы не увидели бы ближайшей копии нашей Галактики, поскольку 10 млрд лет назад ее не существовало. Есть еще более точный тест: мы можем найти узнаваемый объект вроде яркой галактики в 5 млрд световых лет от нас, а затем поискать тот же объект в 5 млрд световых лет в противоположном направлении. Такие поиски проводились и не дали результата. Наиболее чувствительный тест из всех заключается в использовании самого далекого объекта, который мы можем увидеть, – космического микроволнового фона, на котором можно искать паттерны в противоположных направлениях (рис. 6.1 ). Многие исследовательские группы, включая меня с Анжеликой, пытались это сделать, но ничего не нашли. Кроме того, если пространство имеет конечный объем, в нем разрешены лишь некоторые частоты возмущений, подобно тому, как воздух во флейте может вибрировать лишь на определенных частотах. Это вносит в спектр мощности микроволнового фона определенные искажения, которые Анжелика и другие ученые не обнаружили. Короче говоря, все еще сохраняется возможность того, что пространство конечно. Однако выбор моделей с конечным пространством сильно ограничен наблюдениями, и все пока допустимые пространства имеют объем, сопоставимый с объемом Вселенной или превышающий его. Более того, при наличии именно сейчас лишь одной Вселенной возникает необъяснимое совпадение: почему именно сейчас? Ведь ранее, когда свет дошел до нас только из небольшой части пространства, вселенных должно было иметься больше одной.
Рис. 6.1.Если в тороидальной вселенной вы пролетите через правую окружность (справа ), то немедленно окажетесь в соответствующей точке на левой окружности: покинув точку а , вы попадете в точку а , и т. д. В действительности две точки а являются одной физической точкой. Значит, паттерны космического микроволнового фона вдоль этих двух окружностей должны казаться нам похожими, поскольку в действительности они представляют собой одно и то же.
Но довольно о бесконечном пространстве. Что можно сказать о бесконечном количестве материи? До появления теории инфляции это допущение часто оправдывалось ссылками на принцип Коперника , гласящий, что люди не занимают особенного места в космосе: если галактики есть вокруг нас, значит, галактики должны быть везде.
Что говорят об этом данные последних наблюдений? Например, насколько однородно распределение материи в больших масштабах? В модели островной вселенной , где пространство бесконечно, а вся материя заключена в конечной его области, почти все члены мультиверса I уровня были бы мертвыми, состоящими лишь из пустого пространства. В прошлом такие модели были популярны. Первоначально островом была Земля и небесные тела, видимые невооруженным глазом, а в начале XX века островом стала известная нам часть галактики Млечный Путь. Модель островной вселенной недавно была окончательно опровергнута наблюдениями. Трехмерные карты распределения галактик, о которых шла речь в предыдущей главе, показали, что впечатляюще крупномасштабные структуры (группы, скопления, сверхскопления галактик, стены) на больших масштабах уступают место унылой однородности, и никаких целостных структур размером более примерно 1 млрд световых лет не существует.
Чем крупнее структуры мы наблюдаем, тем более однородным кажется заполнение Вселенной материей (рис. 4.6 ). Если отбросить конспирологические теории, согласно которым Вселенная специально создана так, чтобы нас дурачить, наблюдения недвусмысленно говорят нам: пространство, каким мы его знаем, тянется далеко за границы нашей Вселенной и наполнено галактиками, звездами и планетами.
Где находятся параллельные вселенные I уровня?
Итак, если параллельные вселенные I уровня существуют, то это просто области пространства размером с нашу Вселенную, которые удалены настолько, что свет от них еще не успел достичь нас. Но если мы в центре Вселенной, означает ли это, что мы занимаем некое особое место в пространстве? Представьте себе, что вы идете по большому полю в сильном тумане, которой ограничивает видимость до 50 м, и чувствуете себя так, будто находитесь в центре туманной сферы, за пределами которой, как за краем нашей Вселенной, вам ничего не видно. Но это не означает, что вы в особенном месте, поскольку всякий, кто находится в это время на поле, ощутит себя в центре собственной туманной сферы. Точно так же любой наблюдатель, находящийся в любом месте пространства, обнаружит себя в центре своей вселенной. Кроме того, между соседними вселенными не существует физических границ, как нет особой 50-метровой границы в тумане – поле и туман имеют одинаковые свойства и там, и здесь. Более того, вселенные могут перекрываться, как и туманные сферы. Некто на поле в 30 м от вас может одновременно видеть и вас, и области, которые вам не видны. Так и обитатель галактики в 5 млрд световых лет от нас будет видеть в своей вселенной и Землю, и области космоса, лежащие вне нашей Вселенной.
Если вечная инфляция (или что-либо другое) породила бесконечное число таких параллельных вселенных, насколько далеко находится ближайшая точная копия нашей собственной? Согласно классической физике, Вселенная может быть устроена бесконечным числом способов, так что нет гарантии, что вы когда-либо найдете идентичную. С классической точки зрения, существует бесконечно много вариантов даже для расстояния между двумя частицами, так что требуется бесконечно много десятичных цифр, чтобы его задать. Однако очевидно, что существует лишь конечное число возможных вселенных, которые человеческая цивилизация смогла бы когда-либо отличить друг от друга: в наших мозгах и компьютерах можно хранить лишь конечное количество информации. Более того, мы можем выполнять измерения лишь с конечной точностью. Современный рекорд точности измерения количественной величины в физике составляет 16 десятичных цифр.
Квантовая механика ограничивает это разнообразие даже на фундаментальном уровне. В следующих двух главах мы узнаем, что квантовая механика вносит в природу внутреннюю размытость, которая лишает смысла разговоры о местоположении объектов с точностью, превосходящей определенный уровень. Вследствие этого ограничения общее число способов, которыми может быть организована наша Вселенная, становится конечным. Согласно консервативной оценке с поправкой в большую сторону, существует не более 1010118 способов, которыми может быть устроена вселенная размером с нашу[23]. Еще более консервативное ограничение, известное как голографический принцип, предполагает, что объем размером с нашу Вселенную может быть устроен не более чем 1010124 способами[24]. В противном случае в него пришлось бы поместить столько вещества, что образовалась бы черная дыра, превосходящая его по размерам.
Это огромные числа, больше даже знаменитого гуголплекса. Маленькие мальчики склонны зацикливаться на больших вещах, и однажды я подслушал, как сын с приятелями пытаются обставить друг друга, называя все большие числа. После триллионов, октиллионов и т. д. кто-нибудь неминуемо сбрасывает G -бомбу – гуголплекс, и на мгновение наступает благоговейная тишина. Гуголплекс – это 1, за которой следует гугол нулей, где гугол – это 1, за которой следует 100 нулей. Так что 1010100 – это не 1 с 100 нулями, а 1, за которой следует 10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 нулей. Это число настолько велико, что его в принципе нельзя записать: в нем больше цифр, чем есть атомов в нашей Вселенной. (Я всегда подозревал, что «Гугл» – амбициозная компания. Когда я побывал там на конференции, я узнал, что сотрудники называют корпоративный кампус «Гуголплексом».)
Рис. 6.2.В игрушечной вселенной, где в 4 местах может находиться по одной частице двух типов, существует всего 24 возможных комбинаций (вверху слева ). Это означает, что в мультиверсе I типа, состоящем из таких вселенных, в среднем нужно проверить 16 вселенных, чтобы найти повторение одной заданной. Если наша Вселенная подобным же образом содержит 10118 частиц, которые можно скомбинировать 1010118 различными способами, придется посетить около 1010118 параллельных вселенных, прежде чем отыщется идентичная копия.
Хотя число 1010118 настолько велико, что его не назовешь даже астрономическим, оно ничтожно в сравнении с бесконечностью. Это означает, что если вечная инфляция породила пространство, содержащее бесконечно много параллельных вселенных I уровня, среди них найдутся все возможные варианты. В частности, вам придется проверить в среднем около 1010118 вселенных, прежде чем вы найдете копию любой вселенной (рис. 6.2 ). Так что если вы станете путешествовать по прямой линии, пока не наткнетесь на ближайшую копию нашей Вселенной, то пройденный вами путь составит примерно 1010118 диаметров Вселенной. Если же вы станете искать во всех направлениях, то расстояние до ближайшей нашей копии выразится примерно тем же числом, и это будет примерно то же самое, что 1010118 м – таково забавное математическое поведение двойных степеней (степеней в показателях степени)[25].
Существенно ближе, на расстоянии около 101091 м, должна найтись сфера радиусом 100 световых лет, идентичная сфере с центром на Земле, где все, что мы будем воспринимать в течение ближайшего столетия, окажется идентичным тому, что воспринимают там наши двойники. Примерно в 101029 м от нас должна найтись ваша идентичная копия. На самом деле, ваши копии, по-видимому, должны быть гораздо ближе, поскольку процессы образования планет и биологической эволюции, итог которых оказался в вашу пользу, везде одинаковы. В объеме одной лишь нашей Вселенной должно быть не менее 1020 планет.
Мультиверс II уровня
Помните, я назвал теорию инфляции благодатным даром? Когда начинает казаться, что она не может предсказать что-либо более радикальное, чем уже предсказано, ей это удается. Если вам было трудно переварить огромный мультиверс I уровня, попробуйте представить себе бесконечное множество таких мультиверсов, причем в некоторых могут действовать совершенно иные законы физики. Андрей Линде, Александр Виленкин, Алан Гут и их коллеги показали, что именно это обычно предсказывает теория инфляции. (А мы будем называть это мультиверсом II уровня.)
Много вселенных в одном пространстве
Как вообще физика может позволять такое безумие? Вспомните (рис. 5.8 ), что инфляция умудряется породить бесконечный объем внутри конечного. На рис. 6.3 показано, что нет причин, согласно которым инфляция не могла бы осуществить это в нескольких примыкающих друг к другу объемах. В результате получилось бы несколько бесконечных областей (мультиверсов I уровня) – при условии, что инфляция вечна и никогда не заканчивается на границах между этими объемами. Это означает, что если вы живете в одном из мультиверсов I уровня, посещение соседнего невозможно: инфляция продолжает порождать разделяющее вас пространство быстрее, чем вы можете его преодолевать. Я представил, как разговариваю с детьми, расположившимися на заднем сиденье моей ракеты:
– Папа, мы уже приехали?
– Нам остался один световой год.
– Папа, мы уже приехали?
– Нам осталось два световых года.
Иными словами, хотя эти другие части мультиверса II уровня находятся в том же пространстве, что и мы, они более чем бесконечно далеки от нас в том смысле, что мы никогда их не достигнем, даже если будем вечно путешествовать со скоростью света. Напротив, сколь угодно отдаленных частей нашего мультиверса I уровня, в принципе, можно достичь, если у вас хватит терпения и если космологическое расширение замедляется[26].
Рис. 6.3.Если вечная инфляция порождает три бесконечные области посредством механизма, изображенного на рис. 5.8, то путешествовать между ними невозможно, поскольку инфляция порождает пространство между вами и местом назначения быстрее, чем вы можете его преодолевать.
На рис. 6.3 я сделал упрощение, проигнорировав тот факт, что пространство расширяется. Вечно инфлирующие области я обозначил тонкими вертикальными полосками, разделяющими U -образные мультиверсы I уровня. В действительности они будут быстро расширяться и в конце концов инфляция в части пространства внутри них прекратится, породив дополнительные U -образные области. Так еще интереснее: мультиверс II уровня оказывается древоподобной структурой (рис. 6.4 ). Любая инфлирующая область продолжает быстро расширяться, но инфляция рано или поздно в различных ее частях заканчивается, порождая U -образные области, и каждая из них представляет собой бесконечный мультиверс I уровня. Это древо продолжает расти вечно, создавая бесконечное число таких U -образных областей, и все они вместе образуют мультиверс II уровня. Завершение инфляции превращает инфлирующую субстанцию внутри каждой области в частицы, которые затем собираются в атомы, звезды и галактики. Алан Гут любит называть мультиверсы I уровня «карманными вселенными», поскольку они аккуратно заполняют небольшие участки «кроны» древа.
Рис. 6.5.Может ли пространство замерзнуть? Рыба может думать, что вода – пустое пространство, поскольку это единственная известная ей среда. Но если умная рыба выведет физические законы, управляющие молекулами воды, она поймет, что у этих уравнений есть три решения: “фазы” жидкой воды, которую она знает, а также пара и льда, которых она никогда не видела. Аналогичным образом то, что мы считаем пустым пространством, может быть средой с 10500 или большим числом фаз, из которых мы знакомы лишь с одной.
Многообразие
Выше я упомянул, что мультиверс II уровня может содержать бесконечные области с совершенно различными законами физики. Но это кажется абсурдным: как могут физические законы позволять существовать иным физическим законам? Ключевая идея состоит в том, что фундаментальные законы физики , которые по определению соблюдаются везде и всегда, могут порождать сложные физические состояния, в которых эффективные законы физики , воспринимаемые разумными наблюдателями, изменяются от места к месту.
Если бы вы были рыбой и провели всю жизнь в океане, у вас могла бы возник