Скрытая реальность. Параллельные миры и глубинные законы космоса

Но как насчёт предположения (3), о взаимосвязи жизни с определёнными значениями констант?

Жизнь, галактики и фундаментальные числа природы

Даже небольшие отклонения от настоящих значений большинства фундаментальных констант в природе сделают жизнь в привычном нам виде невозможной. Увеличьте гравитационную постоянную, звёзды начнут сгорать быстрее и жизнь на близлежащих планетах не будет успевать развиваться. Уменьшите её, и галактики распадутся на части. Усильте электромагнитное взаимодействие, и атомы водорода будут отталкиваться друг от друга слишком сильно, чтобы образовывать устойчивые соединения, и это лишит звёзды необходимого топлива.{72} Но как быть с космологической постоянной? Зависит ли существование жизни от её значения? Именно этот вопрос поднял Стивен Вайнберг в своей статье 1987 года.

Понимая, что зарождение жизни является сложным процессом, о котором мы мало что понимаем, Вайнберг решил, что безнадёжно пытаться выяснять, каким образом то или иное значение космологической постоянной напрямую влияет на мириады явлений, вдыхающих жизнь в мёртвую материю. Однако Вайнберг не отступил от цели, а нашёл хитроумного посредника для задачи о зарождении жизни — зарождение галактик. Без галактик, рассуждал он, образование звёзд и планет станет сомнительным и не оставит никакого шанса на зарождение жизни. Такой подход к проблеме не только в высшей степени разумен, но ещё и полезен: он переносит акцент на рассмотрение того, как разные значения космологической постоянной влияют на процесс образования галактик, а эту задачу можно уже попытаться решить.

Суть физического процесса элементарна. Хотя точные детали образования галактик являются отдельной областью активных исследований, в общих чертах процесс напоминает эффект снежного кома в астрономических масштабах. Как только где-то возникает сгусток вещества, то в силу своей повышенной плотности он оказывает большее гравитационное притяжение на находящуюся поблизости материю, в результате чего ком ещё больше увеличивается. Этот процесс всё нарастает и нарастает, и наконец образуется разогретая масса пыли и газа, из которой появляются звёзды и планеты. Идея Вайнберга состояла в том, что если космологическая постоянная будет иметь достаточно большое значение, то она прервёт такой комообразующий процесс. Порождаемое космологической константой гравитационное отталкивание может оказаться достаточно сильным, чтобы прервать процесс зарождения галактик на начальной стадии образования кома, когда он ещё мал и хрупок, так что составляющее его вещество разлетится прежде, чем ком успеет укрупниться, притягивая окружающее вещество.

Вайнберг сделал математические расчёты и обнаружил, что если значение космологической постоянной в несколько сотен раз превысит современную космологическую плотность вещества — несколько протонов на кубический метр, — то процесс образования галактик нарушится. (Вайнберг также рассмотрел случай отрицательной космологической постоянной. Возникающие при этом ограничение ещё сильнее, потому что отрицательное значение приводит к росту гравитационного притяжения и заставляет всю Вселенную схлопнуться прежде, чем звёзды успеют зажечься.) Если теперь представить, что мы являемся частью мультивселенной, в которой значения космологической постоянной изменяются в широком диапазоне от вселенной к вселенной, так же как изменяются и расстояния от планет до их звёзд от одной солнечной системы до другой солнечной системы, — то единственные вселенные, в которых возможны галактики, и, следовательно, единственные вселенные, в которых мы можем жить, это те, где космологическая постоянная принимает значения, не превышающие предел Вайнберга, что составляет примерно 10−121 в планковских единицах.

На фоне многолетних безуспешных попыток работа Вайнберга стала первой, где были получены теоретические значения для космологической постоянной, не превышающие до абсурдной степени ограничений, накладываемых наблюдательной астрономией. При этом она не противоречила широко распространённому в то время убеждению, что космологическая постоянная равна нулю. Сам Вайнберг не остановился на этом и сделал шаг вперёд, придав этому результату следующую интерпретацию. Он предложил, что мы находимся во вселенной, в которой космологическая постоянная мала настолько, насколько необходимо, чтобы мы смогли существовать, но не значительно меньше. Значительно меньшая константа, рассуждал он, потребует объяснения, выходящего за рамки простого утверждения о согласованности с нашим существованием. Именно такого объяснения, которое всё это время доблестно искала наша физика, но не нашла. Это позволило Вайнбергу предположить, что однажды с помощью более точных измерений будет установлено, что космологическая постоянная не равна нулю, а имеет значение, близкое или пограничное с вычисленным им пределом. Как мы видели, спустя десять лет после появления работы Вайнберга, наблюдения в рамках проекта «Supernova cosmology» и поисковой группы «High-Z Supernova» подтвердили это пророческое предсказание.

Для полного осознания всей нестандартности этого подхода к объяснению давней проблемы рассмотрим более подробно ход рассуждений Вайнберга. Он полагал, что в мультивселенной должно быть так много вселенных, что обязательно должна найтись по крайней мере одна вселенная с наблюдаемым значением космологической постоянной. Но какой должна быть мультивселенная, чтобы это произошло наверняка или с высокой степенью вероятности?

Для ответа на этот вопрос рассмотрим сперва аналогичную проблему, но с более простыми и понятными числами. Представьте, что вы работаете на известного кинопродюсера Харви В. Айнштейна, который попросил вас провести кастинг на исполнителя главной роли в его новом фильме «Криминальное диво». «Какого роста нужен актёр?» — спрашиваете вы. «Без понятия. Выше метра, ниже двух. Но ты должен быть уверен, что какой бы рост я не выбрал, у тебя должен быть подходящий кандидат». Вы только открыли рот, чтобы поправить вашего босса, сказав, что в силу квантовой неопределённости на самом деле нет никакой необходимости иметь исполнителей любого роста, но, вспомнив, что стало с надоедливой говорящей мухой, вы решили, что лучше промолчать.

Теперь вы стоите перед выбором. Сколько актёров нужно привести на просмотр? Вы думаете так: если В. измеряет рост с точностью до сантиметра, то в диапазоне от одного до двух метров есть сто разных вариантов. Поэтому необходимо иметь по крайней мере сто актёров. Но так как некоторые актёры могут оказаться одинакового роста, и тогда какой-то рост не будет представлен, то лучше собрать больше сотни. Чтобы подстраховаться, возможно, следует позвонить нескольким сотням актёров. Это много, но меньше, чем понадобится, если И. начнёт измерять рост с точностью до миллиметра. В этом случае в пределах от одного метра до двух есть тысяча разных вариантов, поэтому будет надёжнее собрать несколько тысяч актёров.

Похожие рассуждения применимы и для вселенных с разными космологическими постоянными. Предположим, что все вселенные в мультивселенной обладают космологическими константами со значениями между нулём и единицей (в обычных планковских единицах); при меньших значениях вселенные будут схлопываться, а при больших значениях применимость наших математических методов будет под вопросом, и понимание ситуации, соответственно, тоже. Итак, подобно актёрам, чья разница в росте варьируется от 0 до 1 (в метрах), космологические постоянные вселенных варьируются от 0 до 1 (в планковских единицах). Если думать о точности измерений, то аналогом того, как В. изменяет рост с помощью сантиметровой или миллиметровой линейки, будет погрешность, с которой мы можем измерить космологическую постоянную. Погрешность современных измерений составляет примерно 10−124 (в планковских единицах). В будущем, точность измерений конечно же возрастёт, но как мы увидим, это вряд ли повлияет на наши выводы. Тогда подобно тому, как в диапазоне в один метр имеется 102 различных возможных отметок для роста, разделённых между собой интервалом по меньшей мере в 10−2 метра (1 сантиметр) и 103 различных возможных отметок для роста с интервалом по меньшей мере в 10−3 метра (1 миллиметр), существует 10124 различных значений космологической постоянной с интервалом 10−124 в диапазоне значений от 0 до 1.

Чтобы гарантировать реализацию каждого возможного значения космологической постоянной, необходимо иметь мультивселенную, в которой по-меньшей мере 10124 разных вселенных. Но как и в ситуации с актёрами необходимо учитывать возможные повторения — вселенные с одинаковыми значениями космологической постоянной. Чтобы каждое значение космологической постоянной наверняка было реализовано, следует располагать мультивселенной с числом вселенных, гораздо большим, чем 10124, например в миллион раз бо́льшим, что даст красивую цифру 10130. Я так непринуждённо жонглирую этими числами, потому что они настолько велики, что точное значение вряд ли является важным. Ни один из известных примеров чего-либо, будь то число клеток в человеческом теле (1013), число секунд, прошедших с момента Большого взрыва (1018), число фотонов в наблюдаемой части Вселенной (1088), даже близко не похоже на воображаемое число вселенных. Подводя итог, можно сказать, что подход Вайнберга для объяснения значения космологической постоянной применим, только когда мы являемся частью мультивселенной, содержащей огромное число различных вселенных; их космологические постоянные должны принимать примерно 10124 различных значений. Только в случае такого гигантского количества вселенных существует вероятность, что среди них найдётся одна с нашим значением космологической постоянной.

Здесь возникает вопрос, есть ли теоретические модели, которые естественным образом приводят к такому захватывающему изобилию вселенных с разными космологическими постоянными?{73}

От недостатка к достоинству

Да, есть. Мы уже встречались с такой моделью в предыдущей главе. Подсчёт различных возможных форм дополнительных измерений в теории струн, с учётом пронизывающих их потоков, дал примерно 10500. Это намного больше, чем 10124. Даже умножив 10124 на несколько сот порядков величины, всё равно 10500 будет значительно больше. Вычтем 10124 из 10500, потом ещё раз, и ещё, и так миллиард раз подряд, и всё равно это будет почти незаметно. В результате получится примерно всё то же 10500.

Важно, что космологическая постоянная действительно варьируется от одной такой вселенной к другой. Подобно тому как магнитный поток несёт энергию (и может двигать предметы), потоки внутри дырок в пространствах Калаби–Яу обладают энергией, величина которой очень чувствительна к геометрическим особенностям данного пространства. Если имеются два разных пространства Калаби–Яу с разными потоками, проходящими сквозь разные дырки, то их энергии, как правило, будут отличаться. Поскольку заданное пространство Калаби–Яу прикреплено к каждой точке трёх обычных измерений пространства, подобно петелькам ворса, прикреплённого к большому основанию ковра, энергия, содержащаяся в данном пространстве, будет равномерно заполнять три больших измерения, подобно тому как смачивание индивидуальных волокон в ворсе ковра приведёт к утяжелению всего ковра. Таким образом, какое бы из 10500 различных одетых пространств Калаби–Яу не определяло геометрию дополнительных измерений, энергия, которой оно обладает, даст вклад в космологическую постоянную. Результаты, полученные Рафаэлем Буссо и Джо Польчински, дают количественную оценку этой ситуации. Они показали, что различные космологические постоянные, к которым приводят приблизительно 10500 различных возможных пространств дополнительных измерений, равномерно распределены по широкому диапазону значений.

Как по заказу! Наличие 10500 отметок, распределённых в диапазоне от 0 до 1, гарантирует, что найдётся очень много со значениями, лежащими совсем рядом с теми значениями космологической постоянной, которые астрономы измеряют последние десяток лет. Возможно, что найти точные примеры среди 10500 вариантов не получится, потому что даже самые быстрые современные компьютеры тратят одну секунду на анализ каждой формы дополнительных измерений, так что через миллиард лет будут рассмотрены лишь какие-то жалкие 1023 примеров. Однако это сильные доводы в пользу того, что они существуют.

Конечно, набор из 10500 разных форм дополнительных измерений очень далёк от той единственной вселенной, о которой мы мечтали в теории струн. Тем, кто верит в мечту Эйнштейна о единой теории поля, описывающей единственную вселенную — нашу, — эти рассуждения причиняют сильный дискомфорт. Однако анализ вопроса о космологической постоянной представляет ситуацию в ином свете. Вместо того чтобы отчаиваться из-за того, что, по всей видимости, единственной вселенной не получится, нам следует радоваться: благодаря теории струн самая невероятная часть из объяснения Вайнбергом малости значения космологической постоянной — требование наличия огромного количества разных вселенных, значительно превышающего 10124 — неожиданно становится правдоподобной.

Заключительный шаг. Резюме

Похоже, что разные части этой захватывающей истории начинают стыковаться воедино. Однако в рассуждениях всё ещё остаётся некоторая брешь. Одно дело, когда из теории струн возникает огромное число различных вселенных. Но совсем другое дело — требовать, чтобы теория струн гарантировано обеспечивала, чтобы все возможные возникающие вселенные действительно существовали где-то там, являясь параллельными мирами внутри гигантской мультивселенной. Наиболее образно эту ситуацию охарактеризовал Леонард Сасскинд, вдохновлённый новаторской работой Шамита Качру, Ренаты Каллош, Андрея Линде и Сандипа Триведи, — если в ткань теории вплести вечную инфляцию, то брешь может затянуться.{74}

Я сейчас объясню этот заключительный шаг, но если вы уже устали и жаждете финала истории, то это можно сделать в трёх предложениях. Инфляционная мультивселенная — постоянно расширяющийся, похожий на швейцарский сыр, космос — содержит огромное, постоянно увеличивающееся число дочерних вселенных. Идея в том, что если объединить инфляционную космологию с теорией струн, то процесс вечной инфляции орошает 10500 возможных форм дополнительных измерений, возникающих в теории струн, привитых на пузырьки-вселенные, что даёт космологический способ реализации всех возможностей. Согласно этой логике, мы живём в пузырьке с такими дополнительными измерениями, такой космологической постоянной и всем остальным, которые благоприятствуют нашей форме жизни и согласуются с наблюдениями.

В оставшейся части главы я изложу это более подробно, поэтому если вам не терпится поскорее продвинуться дальше, спокойно переходите к последнему разделу.

Струнный ландшафт

Давайте вспомним аналогию, которую я использовал в главе 3 для объяснения инфляционной космологии. Вершины гор соответствовали наивысшим значениям энергии поля инфлатона в пространстве, а процесс скатывания вниз и достижение положения равновесия в низшей точке у подножия горы соответствовали тому, как инфлатон отдаёт свою энергию, которая при этом процессе преобразуется в частицы вещества и излучение.

А теперь рассмотрим заново три положения из этой аналогии уже с учётом полученных знаний. Во-первых, мы узнали, что инфлатон не единственный источник энергии, способной заполнять пространство; свои вклады дают также квантовые флуктуации всех других полей — электромагнитного, ядерного и так далее. Поэтому в используемой нами аналогии высота горы будет соответствовать совместной энергии от всех источников, однородно заполняющей всё пространство.

Во-вторых, в исходной аналогии высота подножия горы, куда в итоге скатывается инфлатон, считалась «уровнем моря», нулевой высотой, что означало, что инфлатон отдал всю свою энергию (и давление). Но после пересмотра высота подножия горы должна соответствовать совместной энергии от всех источников, заполняющей пространство, после завершения процесса инфляции. Тем самым мы получаем другой способ взглянуть на космологическую постоянную пузырька-вселенной. Таким образом, загадка объяснения нашей космологической постоянной переформулируется в загадку объяснения высоты подножия горы — почему она так близко к уровню моря, но не совпадает с ним?

В-третьих, исходно рассматривался простейший горный рельеф, когда вершина гладко переходит в основание горы, куда в итоге попадает инфлатон (см. рис. 3.1). Затем были учтены другие составляющие (поля Хиггса), эволюция которых и окончательные положения равновесия будут влиять на физические свойства и проявление пузырьков-вселенных (см. рис. 3.5). В теории струн диапазон возможных вселенных становится ещё богаче. Форма дополнительных измерений определяет физические свойства внутри конкретного пузырька-вселенной, поэтому возможные «положения равновесия», показанные как долины на рис. 3.6б, теперь будут соответствовать возможным формам дополнительных измерений. Чтобы разместить 10500 возможных форм для дополнительных измерений горный пейзаж должен быть с размахом дополнен долинами, террасами, обнажениями пород, подобно тому как показано на рис. 6.4. Любое место в горном рельефе, куда может скатиться шарик, соответствует некоторой форме дополнительных измерений; высота этого места определяет космологическую постоянную соответствующего пузырька-вселенной. На рис. 6.4 показано то, что называется струнным ландшафтом.

Рис. 6.4. Струнный ландшафт можно схематично рассматривать в виде горного рельефа, в котором разные долины соответствуют разным формам дополнительных измерений, а высота определяет величину космологической постоянной

Теперь, с учётом более тонкого понимания нашей аналогии с горным рельефом, или ландшафтом, рассмотрим как квантовые процессы влияют на форму дополнительных измерений. Мы увидим, что квантовая механика озаряет наш горный ландшафт.

Квантовое туннелирование в ландшафте

Рисунок 6.4, безусловно, схематичный (каждое из полей Хиггса на рис. 3.6 отложено в своих собственных осях; аналогично каждый из приблизительно 500 различных потоков поля, которые могут пронизывать формы Калаби–Яу, также должен быть отложен в отдельных осях — однако нарисовать горный рельеф в 500-мерном пространстве довольно затруднительно), однако этот рисунок правильно отражает тот факт, что вселенные с разными формами дополнительных измерений являются частями единого рельефа.{75} И если учесть квантовые эффекты, воспользовавшись результатами, полученными легендарным физиком Сиднеем Коулменом в соавторстве с Фрэнком де Луччией, то взаимосвязи между разными вселенными приведут к удивительным превращениям.

Ключевым физическим процессом при рассмотрении квантовых эффектов в мультивселенной является квантовое туннелирование. Представьте частицу, например электрон, налетающую на твёрдый барьер, пусть это будет стальная плита толщиной в три метра. Классическая физика говорит, что электрон не сможет пройти сквозь барьер. Отличительная черта квантовой механики состоит в том, что неумолимый классический вердикт «не сможет пройти», часто преобразуется в более мягкое квантовое утверждение «есть малая, но не равная нулю вероятность, что сможет». Причина в том, что квантовые флуктуации частицы позволяют ей время от времени неожиданно материализоваться на другой стороне непроницаемого барьера. Момент, когда такое квантовое туннелирование происходит, совершенно случаен; самое большее, что мы можем сделать, — это предсказать вероятность того, что это случиться в тот или иной временно́й интервал. Однако математические расчёты показывают, что если подождать достаточно долго, туннелирование произойдёт сквозь любой барьер. И оно действительно происходит. Если бы это не происходило, то Солнце не смогло бы светить: для сближения ядер водорода на расстояние, достаточное для начала ядерного синтеза, они должны протуннелировать сквозь барьер электромагнитного отталкивания протонов.

Коулмен и де Луччия, а затем и многие их последователи, отмасштабировали квантовое туннелирование от одной частицы до целой вселенной, перед которой также встаёт «непреодолимый» барьер, отделяющий текущую конфигурацию вселенной от другой возможной конфигурации. Чтобы качественно понять полученный ими результат, представьте себе две вселенные, одинаковые во всём кроме некоторого поля, равномерно заполняющего каждую из них, энергия которого выше в одной и ниже в другой. Если барьера нет, более высокое значение поля скатится до более низкого, подобно скатывающемуся с холма шарику при обсуждении инфляционной космологии. Но что произойдёт, если кривая энергии поля имеет «горный выступ», отделяющий данное значение от искомого, как показано на рис. 6.5? Коулмен и де Луччия обнаружили, что как и в случае одной частицы, вселенная поведёт себя запрещённым в классической физике образом: она может просочиться — квантово протуннелировать — сквозь барьер и оказаться в конфигурации с меньшей энергией.

Рис. 6.5. Пример кривой энергии поля с двумя значениями — двумя выемками, или долинами, — где поле естественно достигает положения равновесия. Вселенная, заполненная полем с более высоким значением, может квантово протуннелировать во вселенную с меньшим значением. В этом процессе небольшая, случайным образом расположенная область пространства в исходной вселенной приобретает меньшее значение поля; затем эта область расширяется, с трансформацией постоянно расширяющегося пространства от большей энергии к меньшей

Но поскольку мы обсуждаем вселенную, а не одну частицу, процесс туннелирования оказывается более сложным. Коулмен и де Луччия показали, что речь не идёт о том, что значение поля во всём пространстве туннелирует одновременно сквозь барьер. Наоборот, «затравочное» туннелирование порождает небольшой, случайно расположенный пузырёк, наполненный полем с меньшей энергией. Этот пузырёк растёт, подобно воннегутовскому льду-девять, постоянно расширяя область пространства, в которую поле протуннелировало к меньшей энергии.

Эти идеи можно непосредственно применить к струнному ландшафту. Представьте, что вселенная обладает какой-то определённой формой дополнительных измерений, которая соответствует левой долине на рис. 6.6а. Поскольку эта долина расположена высоко, космологическая постоянная в трёх привычных пространственных измерениях имеет большое значение — что приводит к большому гравитационному отталкиванию, — поэтому в пространстве происходит быстрое инфляционное расширение. Такая расширяющаяся вселенная со своими дополнительными измерениями показана на рис. 6.6б слева. Затем в некотором случайном месте, в случайный момент времени крохотная область пространства туннелирует сквозь промежуточный горный хребет в долину в правой части на рис. 6.6а. Не то чтобы крошечная область пространства двигалась (что бы это не значило), но меняется форма дополнительных измерений (геометрия, размер, потоки) в этой области. Дополнительные измерения в этой крошечной области трансформируются и приобретают форму, соответствующую правой долине на рис. 6.6а. Как показано на рис. 6.6б справа, эта новая дочерняя вселенная расположена внутри исходной.

Рис. 6.6. а) Квантовое туннелирование в струнном ландшафте; б) Туннелирование порождает небольшую область пространства, внутри которой произошло изменение формы дополнительных измерений (небольшой тёмный пузырёк)

Новая вселенная быстро расширяется и по мере расширения продолжает преобразовывать свои дополнительные измерения. Поскольку космологическая постоянная в новой вселенной уменьшилась — соответствующая ей высота ландшафта ниже исходной, — она испытывает меньшее гравитационное отталкивание, поэтому она будет расширяться не так быстро, как исходная. Таким образом, имеется дочерняя расширяющаяся вселенная с новой формой дополнительных измерений, расположенная внутри более быстро расширяющегося пузырька исходной вселенной с исходной формой дополнительных измерений.{76}

Процесс может повториться. Дальнейшее туннелирование в других местах внутри не только исходной вселенной, но и внутри новой вселенной, приведёт к появлению дополнительных расширяющихся пузырьков, что в свою очередь породит области с совсем другими формами дополнительных измерений (рис. 6.7). И так всё пространство будет заполнено пузырьками внутри пузырьков, расположенных, в свою очередь, внутри других пузырьков — в каждом будет происходит инфляционное расширение, каждому будет присуща своя форма дополнительных измерений и в каждом значение космологической постоянной будет меньше, чем у большего пузырька, внутри которого он образовался.

Рис. 6.7. Процесс туннелирования может повторяться, порождая обширную и сложную последовательность расширяющихся дочерних вселенных, вырастающих из пузырьков, каждая со своей формой дополнительных измерений

В итоге возникает более затейливый вариант мультивселенной в виде швейцарского сыра, рассмотренной нами при обсуждении вечной инфляции. Там было два типа областей: «сырно-заполненные» области, в которых происходит инфляционное расширение, и «дырки», в которых его нет. Такая мультивселенная напрямую соответствует упрощённому ландшафту с одной единственной горой, основание которой находится на уровне моря. Более богатый струнный ландшафт с его разнообразием вершин и долин, соответствующих разным значениям космологической постоянной, приводит к многообразию различных областей (рис. 6.7) — пузырькам внутри пузырьков, которые расположены внутри других пузырьков, подобно матрёшкам, каждая из которых раскрашена своим мастером. В итоге непрекращающиеся квантовые туннелирования сквозь гористый струнный ландшафт реализуют каждую возможную форму дополнительных измерений в том или ином пузырьке-вселенной. Это ландшафтная мультивселенная.

Именно ландшафтная мультивселенная необходима для того, чтобы принять идею Вайнберга, объясняющую значения космологической постоянной. Из наших рассуждений следует, что струнный ландшафт гарантирует, что в принципе существуют возможные формы дополнительных измерений, для которых грубая оценка для значения космологической постоянной попадает в диапазон наблюдаемых значений: в струнном ландшафте есть долины, чья крошечная высота перекликается с крошечным, но не нулевым значением космологической постоянной, которое получается из наблюдения сверхновых. Если струнный ландшафт соединить с вечной инфляцией, оживают все возможные формы дополнительных измерений, включая формы с очень малым значением космологической постоянной. Где-то внутри огромной и запутанной последовательности пузырьков, составляющих ландшафтную мультивселенную, есть вселенные со значением космологической постоянной, равным приблизительно 10−123, крохотному числу, приведённому в самом начале этой главы. Следуя этой логике рассуждений, оно соответствует тому из пузырьков, в котором мы живём.

А что с остальной физикой?

Космологическая постоянная является всего лишь одной из характеристик населяемой нами Вселенной. Эта задача находится, пожалуй, в ряду самых непонятных, потому что малость измеренного значения никак не вяжется с оценками, даваемыми устоявшимися теориями. Такое тотальное расхождение привлекает к космологической постоянной особое внимание, поэтому поиск идей, пусть даже экзотических, но способных объяснить малость космологической постоянной, является самой насущной задачей. Сторонники представленных выше идей утверждают, что струнная мультивселенная и есть именно то, что надо.

Но что делать с остальными свойствами нашей Вселенной — тремя типами существующих нейтрино, определённой массой электрона, величиной слабого ядерного взаимодействия и тому подобным? И хотя мы можем по крайней мере мечтать, что нам удастся вычислить эти фундаментальные константы, этого пока никому не удалось. Вы можете поинтересоваться, готовы ли эти числа к своему объяснению с помощью идеи мультивселенной? Оказалось, что физики, занимающиеся струнным ландшафтом, действительно обнаружили, что эти числа, подобно значению космологической постоянной, также изменяются от места к месту, и поэтому — если следовать нашему настоящему пониманию теории струн — они определены не однозначно. Это приводит к новому взгляду на проблему, весьма отличному от того, который преобладал в начале исследований. А именно мы видим, что попытка вычислить свойства фундаментальных частиц, так же как и попытка объяснить расстояние между Землёй и Солнцем, лишена, скорее всего, всякого смысла. Как и орбиты планет, некоторые (или все) свойства фундаментальных частиц будут меняться от одной вселенной к другой.

Чтобы такие рассуждения могли считаться осмысленными, мы должны по крайней мере знать, что найдутся пузырьки-вселенные с правильным значением космологической постоянной, и кроме того, что среди них будет хотя бы один пузырёк, в котором свойства взаимодействий и частиц согласуются с измерениями, полученными в нашей Вселенной. Необходимо знать наверняка, что наша Вселенная со всеми своими свойствами находится где-то внутри ландшафта. Это является целью очень активной области исследований, получившей название струнное моделестроение. Её программа состоит в математическом изучении струнного ландшафта и возможных форм дополнительных измерений с целью поиска вселенных, наиболее близко напоминающих нашу. Эта невероятно трудная задача, потому что ландшафт огромен и очень запутан, что препятствует исчерпывающему систематическому изучению. Продвижение в этом направлении требует выдающихся вычислительных способностей, а также интуитивного понимания, какие составляющие должны входить в искомую комбинацию — форма дополнительных измерений, их размер, потоки поля, пронизывающие дырки, наличие различных бран и так далее. Подобные исследования находятся на стыке строгой науки, искусства и проницательности. На сегодняшний день никому не удалось найти пример, точно воспроизводящий свойства нашей Вселенной. Однако, имея 10500 возможностей, ожидающих своего изучения, легко согласиться, что где-то внутри ландшафта есть место и для нашей Вселенной.

А это наука?

В этой главе мы совершили логический поворот. До сего момента мы рассматривали возможные сценарии для реальности, опирающиеся на достижения фундаментальной физики и космологические исследования. Я прихожу в восторг от мысли, что где-то в глубине космоса существуют, возможно, копии нашей Земли, или что наша Вселенная — это лишь один из многих пузырьков в инфляционном космосе, или что мы живём в одном из многих миров на бране, как на ломте гигантского космического хлеба. Такие идеи, безусловно, будоражат ум.

Однако в ландшафтной мультивселенной параллельные миры возникают совсем иным образом. Ландшафтная мультивселенная — это не просто более широкий взгляд на то, что может происходить где-то там. Наоборот, целый массив параллельных вселенных — миров, находящихся за рамками наших способностей видеть, изучать, как-то влиять, посещать сейчас, а возможно и никогда, нужен самым непосредственным образом для того, чтобы объяснить данные наблюдений, полученные нами здесь, в этом мире.

А это ставит перед нами очень важный вопрос: является ли это наукой?

Глава 7. Наука и мультивселенная

О выводах, объяснениях и предсказаниях

Когда Дэвид Гросс, один из нобелевских лауреатов 2004 года по физике, яростно критикует струнную ландшафтную мультивселенную, он вполне мог бы процитировать речь Уинстона Черчилля, произнесённую им 29 октября 1941 года: «Никогда не уступайте... никогда, никогда, никогда — ни в чём, ни в большом, ни в малом, ни в великом, ни в мелочах — не уступайте никогда». Когда Пол Стейнхард, профессор Принстонского университета, соавтор современной инфляционной космологии, говорит о своём неприятии ландшафтной мультивселенной, он не столь патетичен, но будьте уверены, что в какой-то момент вы услышите не самое лицеприятное сравнение теории с религией. Мартин Риз, удостоенный звания Королевского астронома Великобритании, рассматривает мультивселенную как естественный шаг в нашем понимании всего сущего. Леонард Сасскинд утверждает, что те, кто игнорируют возможность того, что мы являемся частью некоей мультивселенной, просто не могут переварить богатство этой идеи. Я привёл лишь несколько примеров. Есть ещё много других — и яростных скептиков, и ревностных поклонников, по обе стороны баррикад, и своё мнение они часто облекают не в столь красивые формы.

Я занимаюсь теорией струн почти четверть века, но мне никогда прежде не доводилось встречать такого накала эмоций и резкости высказываемых мнений, как при обсуждении струнного ландшафта и возникающей из него мультивселенной. И совершенно ясно, почему это происходит, — многие рассматривают эту дискуссию как сражение за научный дух как таковой.

Научный дух

Хотя ландшафтная мультивселенная и стала катализатором, в спорах оказались затронуты вопросы, центральные для всех теоретических подходов, включающих понятие мультивселенной. Допустимо ли с научной точки зрения говорить о мультивселенной, о понятии, вовлекающем миры, недостижимые не только на практике, но во многих случаях даже в принципе? Является ли понятие мультивселенной проверяемым или фальсифицируемым? Сможет ли привлечение понятия мультивселенной помочь в объяснении того, что иными способами объяснить не удаётся?

Противники мультивселенной считают, что ответ на все эти вопросы отрицательный, однако её сторонники считают, что всё дело в непривычном взгляде на вещи. Непроверяемые и нефальсифицируемые гипотезы, содержащие в себе скрытые миры за границами достижимости, отстоят, как кажется, слишком далеко от того, что большинство из нас хотело бы называть наукой. Именно тут проскакивает искра, распаляющая страсти. Сторонники мультивселенной на это возражают, что хотя способ, которым мультивселенные могут проявить себя в наблюдениях, будет скорее всего сильно отличаться от привычного — будет не столь явным, опосредованным, и фортуна должна сильно к нам благоволить, чтобы такая связь была выявлена в будущих экспериментах, — нельзя сказать, что в разумных гипотезах подобные связи исключены на фундаментальном уровне. Если судить непредвзято, такой способ рассуждений даёт более широкий взгляд на возможности наших теорий и наблюдений и на способ проверки наших идей.

Критика понятия мультивселенной также зависит от понимания сути науки. Общие рассуждения обычно основаны на том, что наука является поиском закономерностей в нашей Вселенной, объяснением того, как эти закономерности отражают и подтверждают фундаментальные законы природы, а также проверкой предполагаемых законов путём формулировки предсказаний, которые можно проверить или опровергнуть экспериментальным путём или в наблюдениях. Но сколь бы разумным не было такое определение, оно обходит стороной тот факт, что настоящий научный процесс гораздо менее упорядочен и что постановка правильных вопросов зачастую так же важна как получение и проверка предлагаемых ответов. Было бы странно думать, что все вопросы живут себе спокойненько где-то в изначальной реальности и роль науки состоит в том, чтобы вытаскивать их на свет божий один за другим. Наоборот, сегодняшние вопросы зачастую обусловлены вчерашними достижениями. Как правило, прорывы в понимании дают ответы на часть вопросов, но одновременно приводят ко многим другим, о которых раньше и подумать было нельзя. При оценке любой идеи, включая теории с мультивселенными, необходимо принимать во внимание не только её способность выявлять скрытые истины, но также её влияние на задачи, к которым мы намереваемся подступиться. То есть влияние на саму научную деятельность. Далее станет ясно, что теории с мультивселенными обладают способностью пролить новый свет на некоторые важнейшие вопросы, над которыми учёные бьются в течение десятилетий. Эта перспектива даёт силы одним и приводит в ярость других.

Очертив арену действий, давайте приступим к систематическому анализу проверяемости, правильности и полезности теорий, где наша Вселенная является лишь одной из многих.

Доступные мультивселенные

Тяжело достичь согласия по всем этим вопросам, отчасти потому, что концепция мультивселенной не является монолитной. Мы рассмотрели уже пять различных версий — лоскутную, инфляционную, бранную, циклическую и ландшафтную, — в последующих главах нам встретятся ещё четыре. По вполне понятным причинам считается, что общее определение мультивселенной не поддаётся проверке. Обычные рассуждения, как правило, сводятся к тому, что мы конечно можем анализировать вселенные, отличные от нашей, но поскольку у нас есть доступ только к нашей, то с тем же успехом можно обсуждать приведения или домовых. Действительно, это центральная проблема, к которой мы вскоре вернёмся, но сперва заметим, что есть некоторые мультивселенные, которые действительно допускают взаимодействие между вселенными — членами мультивселенной. Мы видели, что в мультивселенной на бране струнные петельки могут свободно перемещаться с одной браны на другую. В инфляционной вселенной пузырьки могут взаимодействовать ещё более непосредственным образом.

Напомним, что в инфляционной мультивселенной пространство между двумя дочерними вселенными, вырастающими из пузырьков, заполнено полем инфлатона, чья энергия и отрицательное давление остаются большими, поэтому в промежуточном пространстве происходит инфляционное расширение. Это расширение отдаляет пузырьки друг от друга. Однако если скорость расширения самих пузырьков превышает скорость расширения пространства, пузырьки будут сталкиваться. Учитывая, что инфляционное расширение кумулятивно — чем больше расширяющегося пространства между пузырьками, тем быстрее они удаляются друг от друга, — приходим к интересному выводу. Если пузырьки действительно находятся близко друг к другу, промежуточного пространства между ними мало, то скорость разбегания окажется меньше скорости собственного расширения. Тогда пузырьки лягут на курс столкновения.

Эти рассуждения подкрепляются математическими расчётами. В инфляционной мультивселенной вселенные могут сталкиваться. Более того, ряд исследовательских групп (включая Джауме Гарригу, Алана Гута и Александра Виленкина; Бена Фрайфогеля, Мэтью Клебана, Альберто Николиса и Криса Сигурдсона; а также Энтони Эквайра и Мэтью Джонсона) установили, что хотя при некоторых столкновениях внутренняя структура пузырьков-вселенных может сильно разрушиться — что не очень приятно для его возможных обитателей, подобных нам с вами, — возможны и более мягкие соударения, без каких-либо катастрофических последствий, но дающие при этом наблюдаемые эффекты. Вычисления показывают, что если произойдёт такое мелкое ДТП с участием другой вселенной, то возникнут ударные волны, распространяющиеся в пространстве и изменяющие картину холодных и горячих областей в реликтовом излучении.{77} Учёные внимательно изучают возможные следы от такого столкновения и закладывают основу для наблюдений, которые однажды смогут доказать, что наша Вселенная столкнулась с другой вселенной, получив тем самым указания на существование других вселенных.

Однако сколь бы заманчивой не казалась такая возможность, что если ни один эксперимент по поиску свидетельств взаимодействия или столкновения с другой вселенной не окажется успешным? По здравому рассуждению, как тогда поддерживать идею мультивселенной, если мы не можем обнаружить каких-либо экспериментальных или наблюдательных доказательств существования других вселенных?

Наука и недоступность I:

Оправданно ли с научной точки зрения рассматривать ненаблюдаемые вселенные?

Каждый теоретический подход имеет свою архитектуру, куда входят основные составляющие теории и математические уравнения, которые их описывают. Архитектура не только задаёт теорию, но также указывает на то, какие вопросы могут быть заданы в рамках этой теории. Архитектура Исаака Ньютона была вполне осязаемой. В его уравнения входили положения и скорости объектов, с которыми мы непосредственно сталкиваемся в повседневной жизни или которые можем легко наблюдать, будь то горы и шары или Солнце и Луна. Великое множество наблюдений подтвердили предсказания теории Ньютона, что убедило нас в том, что соответствующие уравнения действительно описывают движение привычных объектов. Джеймс Клерк Максвелл и его архитектура привели к новому уровню абстракции. Колебания электрических и магнитных полей не относятся к тому роду вещей, которые наши органы чувств могут ощущать непосредственно. Хотя мы видим «свет» — электромагнитные колебания с длиной волны в том диапазоне, который воспринимает наш глаз, — наше зрение не может напрямую отследить колеблющиеся поля, постулируемые в теории Максвелла. Но несмотря на это, мы можем построить хитроумные приборы, измеряющие эти вибрации, которые совместно с множеством подтверждённых теоретический предсказаний дадут исчерпывающее доказательство того, что мы погружены в вибрирующий океан электромагнитных волн.

Фундаментальная наука в XX столетии всё больше и больше стала руководствоваться недоступными критериями. Пространство и время в своём спаянном единстве являются каркасом для специальной теории относительности. Наделённые затем Эйнштейном способностью к трансформации, они стали тем пластичным фоном, на котором развиваются события, описываемые общей теорией относительности. Я знаю, как тикают часы, и я могу измерить расстояния с помощью линейки, однако я никогда не смогу прикоснуться к пространству-времени, подобно тому как я касаюсь подлокотников своего кресла. Я ощущаю проявления гравитации, но если вы заставите меня ответить на вопрос, ощущаю ли я напрямую, что нахожусь в искривлённом пространстве-времени, я окажусь в ситуации как с теорией Максвелла. Я убеждён в правильности специальной и общей теорий относительности не потому, что непосредственно ощущаю их основные положения, а потому, что если следовать их подходу, то математические вычисления приведут к проверяемым на опыте предсказаниям. И эти предсказания оказываются в высшей степени точны.

Квантовая механика выводит подобного рода недоступность на новый уровень. Центральное понятие квантовой механики — это волны вероятности, удовлетворяющие уравнению, открытому в середине 1920-х годов Эрвином Шрёдингером. Хотя эти волны являются определяющим понятием для квантовой механики, в главе 8 мы увидим, что архитектура квантовой физики говорит о том, что они абсолютно ненаблюдаемы. Волны вероятности позволяют предсказать, где та или иная частица может находиться, но сами они находятся за кулисами повседневной реальности.{78} Однако, поскольку полученные предсказания очень хорошо подтверждаются на эксперименте, поколения учёных приняли эту странную ситуацию: в теории определяется радикально новая и необходимая конструкция, которая согласно самой теории является ненаблюдаемой.

Эти примеры объединяет та общая идея, что успешность теории может быть использована для оправдания постфактум её базисной архитектуры, даже в том случае, когда архитектура находится за рамками наших возможностей для её непосредственного восприятия. Это настолько вошло в обиход физиков-теоретиков, что они без малейших колебаний используют язык и ставят вопросы, в которых содержатся понятия совсем не такие осязаемые, как предметы обычного обихода, а некоторые и подавно находятся за пределами нашего чувственного опыта.[24]

Если продвинуться дальше и использовать архитектуру теории для изучения предсказываемых ею явлений, возникнут и другие типы недоступности. Чёрные дыры возникают как следствие математических вычислений в общей теории относительности, и астрономические наблюдения дают достаточно оснований считать, что они не только существуют, но при этом являются совершенно рядовым явлением. Однако внутренность чёрной дыры весьма экзотична. Согласно уравнениям Эйнштейна, край чёрной дыры, её горизонт событий, — это поверхность невозвращения. Её можно пересечь, но вернуться обратно невозможно. Мы, живущие снаружи горизонта событий, никогда не узнаем, что находится внутри, не только в силу практических ограничений, но как следствие самих законов общей теории относительности. И всё же имеется полное согласие в том, что область внутри горизонта событий чёрной дыры вполне реальна.

Применение общей теории относительности к космологическим вопросам даёт ещё более экстремальные примеры недоступности. Если вы не возражаете против путешествия в один конец, то внутренность чёрной дыры вполне подходит для этой цели. Однако миры за пределами нашего космического горизонта недостижимы, даже если бы мы могли путешествовать с околосветовыми скоростями. В ускоряющейся вселенной, такой как наша, это становится особенно очевидным. При данном измеренном значении космологического ускорения (в предположении, что оно неизменно) любой объект, отстоящий от нас на расстоянии, превышающем 20 миллиардов световых лет, будет всегда находиться вне нашего поля зрения, у нас никогда не будет возможности посетить его, измерить или как-то повлиять на него. Дальше этого расстояния пространство всегда будет отступать от нас настолько быстро, что любая попытка сократить дистанцию будет так же бесплодна, как стремление байдарочника плыть против потока, более быстрого, чем он может грести.

Объекты, всегда находившиеся за пределами нашего космического горизонта, никогда не наблюдались нами и никогда не будут наблюдаться; и наоборот, они никогда не видели нас и никогда не увидят. Объекты, которые в течение некоторого времени в прошлом находились внутри нашего космического горизонта, но были вытянуты за его пределы пространственным расширением, — это объекты, которые однажды прошли перед нашими глазами и исчезли навсегда. Но я думаю, мы согласны с тем, что такие объекты так же реальны, как ощущаемые нами вещи, и также реальны населяемые ими миры. Было бы довольно странно утверждать, что галактика, попавшая однажды в наше поле зрения, но впоследствии исчезнувшая с космического горизонта, ушла в несуществующий мир, который в силу своей перманентной недоступности должен быть стёрт с карты реальности. Даже если мы не можем наблюдать или воздействовать на такие миры, а они на нас, они вполне вписываются в нашу картину того, что существует.{79}

Эти примеры со всей очевидностью демонстрируют, что науке не чужды теории, в которые включены недоступные элементы, от основных ингредиентов до выводимых следствий. Наше принятие такого рода недоступности основано на нашей уверенности в теории. Когда квантовая механика вводит волны вероятности, её впечатляющая способность описывать такие измеряемые явления как движение атомов и субатомных частиц заставляет нас принять ту эфемерную реальность, которую она постулирует. Когда общая теория относительности предсказывает существование мест, недоступных для наблюдения, её феноменальный успех в описании тех явлений, которые можно наблюдать, таких как движение планет и траектория света, заставляет нас серьёзно отнестись к этим предсказаниям.

Поэтому для укрепления нашей веры в ту или иную теорию не надо требовать проверяемости всех её свойств; вполне достаточно разнообразного ассортимента подтверждённых предсказаний. Примерно столетие назад наука приняла, что теория может иметь скрытые и недоступные элементы — при условии, что при этом из неё также следуют интересные, новые и проверяемые предсказания для множества наблюдаемых явлений.

Это наводит на мысль, что можно подвести убедительный базис под теорию мультивселенной, даже если мы не сможем получить какого-либо прямого доказательства существования других вселенных, отличных от нашей. Если экспериментальные и наблюдательные данные говорят в пользу теории и побуждают вас принять её, если эта теория зиждется на математических структурах, которые не оставляют места для произвольного манёвра, то вы должны принять её целиком. Если эта теория приводит к существованию других вселенных, значит эту реальность следует принять на борт, как того требует теория.

Поэтому, в принципе, — и будьте уверены, я очень принципиален в этом вопросе — то, что теория допускает существования недоступных вселенных, не выводит само по себе теорию за научные рамки. Я разверну это утверждение: представим, что в один прекрасный момент мы получим убедительные экспериментальные и наблюдательные свидетельства в пользу теории струн. Например, в будущем на ускорителе мы сможем зафиксировать ряд струнных вибраций и отпечаток дополнительных измерений, а астрономические наблюдения выявят струнные черты у реликтового излучения и обнаружат следы длинных растянутых струн, вибрирующих в пространстве. Далее предположим, что наше понимание теории струн существенно улучшится и мы выясним, что эта теория абсолютно, точно и неоспоримо приводит к ландшафтной мультивселенной. Теория, опирающаяся на сильную экспериментальную и наблюдательную поддержку, внутренняя структура которой требует существования мультивселенной, приведёт нас к неумолимому заключению, что пришла пора «уступить», не взирая ни на какие призывы к обратному.[25]

Поэтому, возвращаясь к вопросу, вынесенному в заголовок этого раздела, я подчеркну, что имеются все основания для рассмотрения идеи мультивселенной в подходящем научном контексте; более того, если мы этого не сделаем, то проявим неоправданную ненаучную предубеждённость.

Наука и недоступность II:

Довольно о принципах; что же происходит на практике?

Скептик правильно заметит, что одно дело — рассматривать принципиальный вопрос о том, как можно обосновать ту или иную теорию с мультивселенной, и совсем другое дело — оценить, может ли какой-либо из описанных нами вариантов мультивселенной привести к экспериментальному подтверждению теорий, совершенно определённо предсказывающих существование других вселенных. Сделаем попытку это оценить.

Лоскутная мультивселенная возникает из-за бесконечности пространства. Эта возможность прямо соответствует общей теории относительности. Загвоздка лишь в том, что общая теория относительности допускает бесконечность пространства, но вовсе этого не требует. Поэтому, хотя общая теория относительности и является подходящей основой, сценарий лоскутной мультивселенной остаётся умозрительным. Конечно, бесконечность пространства напрямую следует из вечной инфляции — напомним, что каждый пузырёк видится изнутри бесконечно большим, — но в этом подходе у лоскутной мультивселенной нет определённой опоры, так как основная гипотеза, вечная инфляция, остаётся недоказанной.

Аналогичные доводы применимы и в случае инфляционной мультивселенной, также возникающей благодаря вечной инфляции. Астрономические наблюдения за последние десять лет укрепили веру физической общественности в инфляционную космологию, но не дали никаких подтверждений тому, что инфляционное расширение является вечным. Теоретические исследования показывают, что хотя многие варианты теории приводят к вечной инфляции и возникновению пузырьков одного за другим, есть и другие варианты, характеризующиеся одним единственным раздувающимся пространством.

Бранная, циклическая и ландшафтная мультивселенные основаны на теории струн, поэтому они страдают от множества неопределённостей. Сколь бы ни были они поразительны и структурно богаты, как и сама теория струн, однако отсутствие проверяемых предсказаний и, как следствие, невозможность соотнесения с наблюдениями и экспериментами переводят эти теории в область научных спекуляций. Более того, так как многие вопросы теории всё ещё находятся на первоначальной стадии разработки, то неясно, какие из них будут играть важную роль в будущем. Останутся ли браны — основа для бранной и циклической мультивселенных — на передних позициях? Сохранится ли богатый выбор форм пространств дополнительных измерений — основа ландшафтной мультивселенной, или наконец будет найден математический принцип, отбирающий одну определённую форму? Мы просто не знаем.

В принципе, мы могли бы, наверное, подобрать убедительный довод в пользу теории с мультивселенной, который мало или никак не связан с предсказаниями других вселенных, но для рассмотренных нами мультивселенных сценариев этот способ не подойдёт. По крайней мере, пока не подошёл. Чтобы оценить каждый из них, нам придётся напрямую разбираться с теми предсказаниями, что они дают для мультивселенной.

Можем ли мы это? Может ли включение в теорию других вселенных привести к проверяемым предсказаниям, даже если эти вселенные находятся за пределами досягаемости экспериментов и наблюдений? Давайте рассматривать этот ключевой вопрос шаг за шагом, следуя от «принципов» к «практике», как было оглашено выше.

Предсказания в мультивселенной I:

Если вселенные, составляющие мультивселенную, недоступны, могут ли они тем не менее давать осмысленный вклад в предсказания?

Те учёные, которые не принимают теорию мультивселенной, смотрят на эту деятельность как на признание поражения, на полное отступление от великой цели постижения того, почему Вселенная, какой мы её наблюдаем, обладает именно такими свойствами. Я могу понять такие чувства, потому что я был среди тех, кто в течение десятилетий пытался материализовать обещания, даваемые теорией струн, и вычислить все фундаментальные наблюдаемые свойства Вселенной, включая значения всех констант в природе. Если допустить, что мы являемся частью мультивселенной, в которой некоторые, а может быть и все константы изменяются от одной вселенной к другой, то следует признать, что подобная цель является ошибочной. Если фундаментальные законы разрешают, скажем, константе связи электромагнитного взаимодействия принимать в мультивселенной самые разные значения, то сама задача вычисления определённого значения константы связи столь же бессмысленна, как попросить пианиста подобрать какую-то одну ноту.

Здесь возникает вопрос: если характеристики могут варьироваться, означает ли это, что мы теряем способность предсказать (или объяснить) значения, присущие именно нашей Вселенной. Не обязательно. Даже если мультивселенная исключает единственность, всё равно можно сохранить в какой-то мере предсказательную силу. Правда, теперь это становится делом статистики.

Поговорим для наглядности о собаках. Они все разные по весу. Есть очень маленькие собаки, например чихуахуа, весящие пару килограммов; есть очень крупные собаки, такие как английский мастиф, вес которых может зашкаливать за 100 килограммов. Если бы я попросил вас предсказать вес собаки, которая вам встретится на улице, то, возможно, наилучшим выходом для вас было бы назвать любое число в указанном выше диапазоне. Однако, обладая чуть большей информацией, вы смогли бы назвать вес точнее. Если вам предоставят данные по собакам, живущим в вашем районе, например, сколько человек держат ту или иную породу, каким весом обладает та или иная порода, и даже скажут, сколько ежедневных прогулок необходимо собакам каждой породы, вы сможете более точно оценить вес собаки, которая наиболее вероятно вам встретится на улице.

Вряд ли это будет точным предсказанием; как правило, в статистике такого не происходит. Однако, опираясь на данные о распределении собак, вы сможете дать гораздо более точный ответ, чем просто назвать произвольное число с потолка. Если распределение собак в вашем районе имеет некую конкретную специфику, например, 80 процентов собак составляют лабрадоры, средний вес которых 27 килограмм, а остальные 20 процентов приходятся на породы от шотландского терьера до пуделей, средний вес которых составляет 13 килограмм, то вы с большой точностью попадёте в точку, назвав вес в диапазоне от 25 до 30 килограмм. Конечно же, вам может встретиться пушистый ши-тцу, но это маловероятно. Если распределение ещё более скошено, ваши предсказания могут стать точнее. Если 95 процентов собак вокруг вас — это лабрадоры весом 27 килограмм, то можно уверенно предсказать, что вам встретится именно лабрадор.

Аналогичный статистический подход можно применить к мультивселенной. Представьте, что вы изучаете теорию мультивселенной, в которой свойства различных вселенных находятся в широком диапазоне — различные значения констант взаимодействий, свойств частиц, космологических постоянных и так далее. Также представьте, что космологический процесс образования этих вселенных (как, например, образование пузырьков в ландшафтной мультивселенной) достаточно хорошо понят, поэтому мы можем вычислить распределение вселенных с различными свойствами по всей мультивселенной. Наличие такой информации вполне может привести к значимым открытиям.

Для наглядности предположим, что вычисления дают особенно простое распределение: некоторые физические свойства широко варьируются от вселенной к вселенной, а другие остаются неизменными. Например, представим, что вычисления говорят, что должен быть некий набор частиц, общих для всех вселенных в мультивселенной, массы и заряды которых одинаковы в каждой из вселенных. Подобное распределение приводит к совершенно однозначным предсказаниям. Если эксперименты, проведённые в нашей выделенной Вселенной, не обнаружат предсказанного набора частиц, то соответствующая теория, мультивселенная и всё остальное должны быть отброшены. Таким образом, если мы знаем распределение, то гипотеза мультивселенной становится фальсифицируемой. Наоборот, если в наших экспериментах предсказанные частицы будут обнаружены, это укрепит нашу в веру в правильность выбранной теории.{80}

В качестве другого примера представьте мультивселенную, космологическая постоянная в которой варьируется в огромном диапазоне значений, но крайне неоднородно (рис. 7.1). На графике представлена доля вселенных внутри мультивселенной (вертикальная ось) с заданным значением космологической постоянной (горизонтальная ось). Если мы — часть такой мультивселенной, то загадка космологической постоянной имеет принципиально другой характер. Большинство вселенных в таком сценарии обладают космологической постоянной, значение которой близко к измеренному значению в нашей Вселенной; поэтому, хотя диапазон возможных значений огромен, скошенное распределение означает, что наблюдаемое нами значение ничем не примечательно. В такой мультивселенной удивляться тому, что космологическая постоянная в нашей Вселенной имеет значение 10−123, следует не больше, чем встрече с лабрадором весом в 27 килограмм. Каждое из этих событий наиболее вероятно при подходящем распределении.

Рис. 7.1. Распределение космологической постоянной в гипотетической мультивселенной, показывающее, как очень скошенное распределение позволяет объяснить загадочные наблюдательные данные

Теперь рассмотрим другую ситуацию. Представим, что в некоторой теории мультивселенной значения космологической постоянной варьируются в широком диапазоне, но в отличие от предыдущего примера варьируются однородно; количество вселенных с заданным значением космологической постоянной сравнимо с количеством вселенных с любым другим значением. Допустим также, что при тщательном математическом анализе теории выяснилось неожиданное свойство такого распределения: оказалось, что во вселенных со значением космологической постоянной в наблюдаемом нами диапазоне, всегда существуют частицы, массы которых, скажем, в 5000 раз превосходят массу протона — они слишком тяжёлые, чтобы их можно было наблюдать на ускорителях XX века, однако их масса вполне вписывается в диапазон ускорителей XXI века. В силу такой тесной связи между этими двумя физическими свойствами эта теория мультивселенной также является фальсифицируемой. Если у нас не получится обнаружить предсказанные тяжёлые частицы, то гипотеза будет отброшена; а открытие таких частиц наоборот усилит нашу убеждённость в её правильности.

Я хочу подчеркнуть, что эти сценарии умозрительны. Я привёл их в качестве примера, потому что они прекрасно демонстрируют возможности для научной идеи и её проверки в рамках концепции мультивселенной. Ранее я высказывал мнение, что если теория мультивселенной приводит к проверяемым свойствам помимо предсказания существования других вселенных, тогда, в принципе, возможно найти в её поддержку весомые аргументы, даже если другие вселенные недоступны. Примеры, приведённые выше, служат тому подтверждением. Для таких типов мультивселенных ответ на искомый вопрос будет безоговорочно положительным.