Наша Вселенная подозрительно маловероятна, если только она не является одной из многих

Это вопрос, на который физики, в том числе и я, пытались ответить десятилетиями. Но это оказывается трудно. Хотя мы можем с уверенностью проследить космическую историю до одной секунды после Большого Взрыва, то, что произошло до него, оценить труднее. Наши ускорители просто не могут произвести достаточно энергии, чтобы воспроизвести экстремальные условия, преобладавшие в первую наносекунду.

Но мы ожидаем, что именно в эту первую крошечную долю секунды были запечатлены ключевые особенности нашей Вселенной.

Условия Вселенной можно описать через ее «фундаментальные константы» — фиксированные величины в природе, такие как гравитационная постоянная (называемая G) или скорость света (называемая C).

Около 30 из них представляют размеры и силу параметров, таких как массы частиц, силы или расширение Вселенной. Но наши теории не объясняют, какие значения должны быть у этих констант. Вместо этого мы должны измерить их и подставить их значения в наши уравнения, чтобы точно описать природу.

Значения констант находятся в диапазоне, позволяющем развиваться сложным системам, таким как звезды, планеты, углерод и, в конечном счете, людям. Физики обнаружили, что если мы изменим некоторые из этих параметров всего на несколько процентов, наша Вселенная станет безжизненной. Следовательно, факт существования жизни требует некоторого объяснения.

Некоторые утверждают, что это просто счастливое стечение обстоятельств. Однако альтернативное объяснение заключается в том, что мы живем в мультивселенной, содержащей области с разными физическими законами и значениями фундаментальных констант. Большинство из них могут быть совершенно непригодны для жизни. Но некоторые из них должны, по статистике, быть безопасными для жизни.

Грядущая революция?

Какова степень физической реальности? Мы уверены, что это более обширная область, которую астрономы когда-либо могут наблюдать, даже в принципе. Эта область определенно конечна.

По сути, это потому, что, как и в океане, есть горизонт, за который мы не можем заглянуть. И точно так же, как мы не думаем, что океан заканчивается сразу за нашим горизонтом, мы ожидаем галактики за пределами нашей наблюдаемой Вселенной. В нашей ускоряющейся Вселенной наши далекие потомки тоже никогда не смогут их наблюдать.

Большинство физиков согласились бы с тем, что есть галактики, которые мы никогда не сможем увидеть, и что их больше, чем наблюдаемых. Если бы они простирались достаточно далеко, то все, что мы могли бы себе представить, могло бы повторяться снова и снова. Далеко за горизонтом у всех нас могут быть аватары.

Эта обширная (и, в основном, ненаблюдаемая) область будет следствием «нашего» Большого взрыва и, вероятно, будет подчиняться тем же физическим законам, которые преобладают в тех частях Вселенной, которые мы можем наблюдать. Но был ли наш Большой взрыв единственным?

Теория инфляции, предполагающая, что ранняя Вселенная переживала период, когда она удваивалась в размерах каждую триллионную триллионной триллионной доли секунды, действительно подтверждается наблюдениями. Это объясняет, почему Вселенная такая большая и гладкая, за исключением флуктуаций и ряби, которые являются «семенем» для формирования галактик.

Но физики, включая Андрея Линде, показали, что при некоторых конкретных, но правдоподобных предположениях о неопределенной физике в эту древнюю эпоху должно было происходить «вечное» производство Больших взрывов, каждый из которых порождал новую вселенную.

Теория струн, представляющая собой попытку объединить гравитацию с законами микрофизики, предполагает, что все во Вселенной состоит из крошечных вибрирующих струн. Но он предполагает, что существует больше измерений, чем те, которые мы переживаем.

Эти дополнительные измерения, по его мнению, так тесно сжаты вместе, что мы не замечаем их всех. И каждый тип компактификации может создать вселенную с другой микрофизикой, поэтому другие Большие взрывы, когда они остынут, могут подчиняться другим законам.

Следовательно, «законы природы» в этой еще более широкой перспективе могут быть местными подзаконными актами, регулирующими наш собственный космический участок.

Если физическая реальность такова, то есть реальная мотивация для исследования «контрфактических» вселенных — мест с другой гравитацией, другой физикой и т. д. — чтобы исследовать, в каком диапазоне или параметрах возникает сложность, а какие приводят к бесплодию или мертворожденный» космос.

Удивительно, но это продолжается, и недавние исследования показали, что вы можете представить себе вселенные, которые даже более дружелюбны к жизни, чем наша собственная. Однако большинство «корректировок» физических констант сделали бы вселенную мертворожденной.

Тем не менее, некоторым не нравится концепция мультивселенной. Они опасаются, что это сделает надежду на фундаментальную теорию, объясняющую константы, столь же тщетной, как нумерологические поиски Кеплера, связывающие планетарные орбиты с вложенными платоновыми телами.

Но наши предпочтения не имеют отношения к тому, какова на самом деле физическая реальность, поэтому мы, безусловно, должны быть открытыми для возможности неизбежной великой космологической революции.

Сначала у нас было коперниканское осознание того, что Земля не является центром Солнечной системы — она вращается вокруг Солнца. Затем мы поняли, что в нашей галактике есть миллионы планетных систем и что в нашей наблюдаемой Вселенной есть миллионы галактик.

Так может ли быть так, что наша наблюдаемая область — на самом деле наш Большой Взрыв — является крошечной частью гораздо большего и, возможно, разнообразного ансамбля?

Физика или метафизика?

Откуда мы знаем, насколько нетипична наша Вселенная? Чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно вычислить вероятности каждой комбинации констант. И это банка с червями, которую мы пока не можем открыть — для этого придется ждать огромных теоретических достижений.

В конечном итоге мы не знаем, были ли другие Большие взрывы. Но это не просто метафизика. Возможно, однажды у нас появятся причины полагать, что они существуют.

В частности, если бы у нас была теория, описывающая физику в экстремальных условиях сверхраннего Большого взрыва, и если бы эта теория была подтверждена другими способами, например, выводом некоторых необъяснимых параметров в стандартной модели физики элементарных частиц, то, если бы он предсказал несколько Больших Взрывов, мы должны отнестись к этому серьезно.

Критики иногда утверждают, что мультивселенная ненаучна, потому что мы не можем наблюдать другие вселенные. Но я не согласен. Мы не можем наблюдать внутреннюю часть черных дыр, но мы верим тому, что говорит физик Роджер Пенроуз о том, что там происходит: его теория заслужила доверие, поскольку она согласуется со многими вещами, которые мы можем наблюдать.

Около 15 лет назад я участвовал в дискуссии в Стэнфорде, где нас спросили, насколько серьезно мы относимся к концепции мультивселенной — по шкале «вы бы поставили на нее свою золотую рыбку, свою собаку или свою жизнь».

Я сказал, что был почти на уровне собаки. Линде сказал, что чуть не поставил свою жизнь. Позже, узнав об этом, физик Стивен Вайнберг сказал, что «с радостью поставил бы на кон собаку Мартина Риса и жизнь Андрея Линде».

К сожалению, я подозреваю, что Линде, моя собака и я все умрем, прежде чем мы получим ответ.

На самом деле, мы даже не можем быть уверены, что поймем ответ — точно так же, как квантовая теория слишком сложна для обезьян. Вполне возможно, что машинный интеллект мог бы исследовать геометрические тонкости некоторых теорий струн и, например, выдавать некоторые общие черты стандартной модели. Тогда мы будем уверены в теории и серьезно отнесемся к другим ее предсказаниям.

Но у нас никогда не было бы момента озарения «ага», который является величайшим удовлетворением для теоретика. Физическая реальность на ее глубочайшем уровне может быть настолько глубокой, что ее разъяснение придется ждать постчеловеческих видов — как бы угнетающе или возбуждающе это ни звучало, в зависимости от вкуса. Но это не причина отвергать мультивселенную как ненаучную.

Мартин Рис, заслуженный профессор космологии и астрофизики Кембриджского университета.