За гранью горизонта: путешествие по четырем уровням Мультивселенной

Ранее мы исследовали глубокую и загадочную связь между миром абстрактной математики и нашей физической реальностью. Мы задались вопросом: является ли математика изобретением человечества или открытием фундаментального кода Вселенной? Если верен второй вариант, и наш мир действительно построен на математических основах, то этот вывод, подобно ящику Пандоры, порождает еще более смелые и головокружительные идеи. Именно за эту смелость физик Макс Тегмарк из Массачусетского технологического института однажды получил от коллеги письмо с советом прекратить свои «безумные» публикации, чтобы не погубить карьеру. Но Тегмарк не остановился.

Он утверждал, что мы слишком робко относимся к нашим лучшим научным теориям. Мы принимаем их удобные предсказания, но отшатываемся от тех, что кажутся нам странными. Тегмарк же предлагает принять их «в полной комплектации». И если сделать это, то мы неизбежно придем к выводу, что наша Вселенная — не единственная. Более того, существует целая иерархия параллельных миров. Это не одна теория, а четыре последовательных уровня расширения реальности, каждый из которых опирается на устоявшиеся концепции в физике. Приготовьтесь, наше путешествие за горизонт привычного мира начинается.

Уровень I: Бесконечные копии в бесконечном пространстве

Существуют ли инопланетяне? По мнению Тегмарка, ответ однозначен: да. Но найти их будет непросто, ведь ближайшая копия нашей цивилизации может находиться на расстоянии в миллиард миллиардов километров, а то и дальше. Откуда такая уверенность? Из самой популярной на сегодня космологической модели — теории инфляции.

Согласно этой теории, в первые мгновения после Большого взрыва пространство расширялось с невероятной скоростью. И самое главное — это расширение, скорее всего, не остановилось везде одновременно и продолжается до сих пор. Это означает, что пространство не просто огромно, оно бесконечно. А в бесконечном пространстве, которое более-менее равномерно заполнено материей, рано или поздно все начинает повторяться. Это простая логика комбинаторики.

Представьте нашу наблюдаемую Вселенную — пузырь диаметром 93 миллиарда световых лет, за пределы которого мы заглянуть не можем из-за конечной скорости света. Внутри этого пузыря есть конечное число частиц, которые могут быть скомпонованы конечным числом способов. Тегмарк приводит консервативную оценку: число всех возможных конфигураций материи в нашем «пузыре» не превышает чудовищное, но все же конечное число 10 в степени 10 в степени 118. Это единица с таким количеством нулей, что для их записи не хватит всей материи в нашей Вселенной, превращенной в чернила.

И все же, это число — ничто по сравнению с бесконечностью. А это значит, что если вы будете лететь достаточно далеко в любом направлении, то рано или поздно вы наткнетесь на другой «пузырь» наблюдаемой вселенной, который является вашей точной копией. Там, на расстоянии примерно в 10 в степени 10 в степени 118 метров от вас, будет жить ваш абсолютный двойник, на точной копии Земли, который в этот самый момент читает эту же самую статью. И таких двойников — бесконечное множество.

Это и есть Мультивселенная первого уровня. Это не отдельная теория, а прямое следствие двух идей: бесконечного пространства (предсказание теории инфляции) и конечного числа конфигураций в конечном объеме. Как говорит Тегмарк, «нельзя сказать: мне нравится, как общая теория относительности объясняет орбиту Меркурия, но я не люблю черные дыры. Вам придется либо принять все ее предсказания, либо изобрести другую теорию». Так же и здесь: принимая теорию инфляции, мы получаем в комплекте и бесконечные параллельные миры первого уровня.

Уровень II: Пузыри с разными законами физики

Если существование двойников в далеком космосе кажется вам странным, то второй уровень поднимет ставки еще выше. Физики давно заметили, что наша Вселенная невероятно «точно настроена» для возникновения жизни. У Вселенной есть набор фундаментальных констант — своего рода «рукояток управления», — и если бы их значения были хоть немного иными, нас бы просто не существовало.

Возьмем плотность темной энергии — таинственной силы, заставляющей Вселенную расширяться с ускорением. Если бы ее значение было чуть больше, она бы разорвала материю на части, не дав сформироваться галактикам и звездам. Если бы чуть меньше — гравитация заставила бы Вселенную схлопнуться обратно. Диапазон «жизнеспособных» значений невероятно узок. Чтобы попасть в него, нужно было повернуть воображаемую «рукоятку настройки» с точностью более чем в 120 знаков после запятой. И это лишь одна из десятков таких «тонких настроек».

Как это объяснить? Есть три варианта:

1. Счастливое совпадение. Нам просто немыслимо повезло. Но наука не любит полагаться на необъяснимую удачу.
2. Творец. Некая высшая сила специально настроила все эти параметры. Но это нефальсифицируемая гипотеза, которая выводит нас за рамки науки.
3. Мультивселенная. И это именно то, что предсказывает все та же теория инфляции.

Представьте себе кипящую воду. В ней постоянно возникают пузырьки. Согласно теории вечной инфляции, наше пространство — это гигантская «кастрюля», в которой постоянно «вскипают» новые вселенные-пузыри. Каждый такой пузырь — это отдельная Мультивселенная первого уровня (с бесконечным пространством внутри). Но при рождении каждого нового пузыря «рукоятки настроек» — фундаментальные константы — могут принимать случайные значения. В результате мы получаем бесконечный «космический ландшафт» из вселенных с самыми разными законами физики. Подавляющее большинство из них — мертвы и стерильны. В одной нет стабильных атомов, в другой нет звезд, в третьей все коллапсирует в черные дыры за долю секунды.

И лишь в ничтожно малом числе вселенных, вроде нашей, константы случайно оказались подходящими для зарождения сложных структур и жизни. Мы существуем здесь не потому, что эта Вселенная была создана для нас, а потому, что мы просто не могли появиться в другой. Это называется антропным принципом. Мультивселенная второго уровня — это не просто красивая идея, это самое элегантное научное объяснение тонкой настройки нашего мира.

Уровень III: Квантовое расщепление реальностей

Первые два уровня мультивселенных находятся где-то очень далеко в нашем привычном трехмерном пространстве. Третий уровень находится гораздо ближе. Он прямо здесь. Он в каждом из нас.

Этот уровень рождается из самой странной и самой успешной теории в истории науки — квантовой механики. Один из ее постулатов гласит, что частица, пока мы ее не измерили, может находиться в суперпозиции — во многих состояниях одновременно. Ее состояние описывается «волновой функцией». Но в момент измерения происходит «коллапс волновой функции», и частица случайным образом выбирает одно конкретное состояние.

Но что, если коллапса не происходит? В 1957 году молодой физик Хью Эверетт предложил радикальную идею, известную как многомировая интерпретация. Он предположил, что в момент «выбора» Вселенная не коллапсирует, а расщепляется. В одной ветви реальности частица выбрала один путь, а в другой, параллельной, — другой. Оба исхода реальны. Каждое квантовое событие — от распада атома до взаимодействия фотона с вашей сетчаткой — порождает новые и новые ветви реальности, создавая бесконечное, ветвящееся древо миров.

Чтобы осознать масштаб, вспомним историю подполковника Станислава Петрова. В 1983 году советская система предупреждения о ракетном нападении показала запуск американских ракет. Петров, повинуясь интуиции, а не уставу, доложил о ложной тревоге и, возможно, предотвратил ядерную войну. С точки зрения многомировой интерпретации, в этот момент Вселенная расщепилась. Мы живем в той ветви, где его интуиция сработала верно. Но существует и другая, не менее реальная ветвь, где он доложил о нападении, и мир погрузился в ядерный апокалипсис. Этот мир существует не где-то в космосе, а «параллельно» нашему, в бесконечномерном математическом пространстве, которое физики называют гильбертовым.

Уровень IV: Абсолютный ансамбль математических структур

И вот мы подходим к самому последнему и самому смелому уровню, который объединяет все предыдущие и возвращает нас к теме нашей первой статьи. Если физическая реальность на своем самом глубоком, квантовом уровне (Уровень III) описывается чисто математическим объектом — волновой функцией в гильбертовом пространстве, — то что это за объект? Из чего он сделан? Ответ Тегмарка: ни из чего.

Это и есть гипотеза математической вселенной (ГМВ), которую Тегмарк изложил в той самой «безумной» статье. Она гласит, что физическая реальность и математическая структура — это одно и то же. Наша Вселенная не описывается математикой, она и есть математика. Частицы, поля, пространство-время — это не более чем узлы и отношения в гигантской математической структуре. Наш мир — это его свойства, а не то, из чего он сделан. Сам Тегмарк говорит, что это окончательная победа платонизма.

Но если наша реальность — это лишь одна конкретная математическая структура, то почему именно она? Гипотеза Тегмарка приводит к ошеломляющему выводу: любая математическая структура, которая является самосогласованной (т.е. не содержит внутренних противоречий), также существует как физическая реальность. Это и есть Мультивселенная четвертого уровня — совокупность всех возможных математических структур, каждая из которых является отдельной вселенной со своими собственными, возможно, совершенно чуждыми нам законами физики.

Этот уровень настолько огромен и экзотичен, что на его фоне все остальные бледнеют. Это абсолютная демократия: у каждой последовательной математической идеи есть свой собственный мир. Где-то есть вселенные, описываемые теорией струн. Где-то — миры без гравитации или времени. Где-то — простые геометрические миры, о которых писал еще Галилей.

Практические выводы: кто мы в этом бесконечном калейдоскопе?

Что все это значит для нас? На первый взгляд, это чистая метафизика. Но эти идеи заставляют нас по-новому взглянуть на самих себя. Мы — не венец творения в единственной Вселенной. Мы — сложные, самоосознающие паттерны внутри одной из бесконечного числа математических структур. С точки зрения теории относительности, наша жизнь — это не мимолетный миг, а вечный, неизменный узор в четырехмерном пространстве-времени, сложная «коса», сплетенная из мировых линий биохимических процессов в нашем теле.

Сознание, с точки зрения Тегмарка, — это то, как информация ощущает себя, когда обрабатывается определенным сложным образом. Мы — это способ, которым Вселенная познает саму себя. Этот взгляд, как ни странно, перекликается со словами Роджера Пенроуза, который признавался, что ему приятнее считать, что человеческие поступки управляются объективными законами идеального математического мира, а не только примитивными инстинктами.

Заключение: мудрость или безумие?

Четыре уровня мультивселенной Макса Тегмарка — это путешествие от почти неизбежного вывода из современных теорий (Уровень I) до смелой и спекулятивной философской гипотезы (Уровень IV). Критики указывают на то, что эти идеи нефальсифицируемы, нарушают принцип бритвы Оккама и больше похожи на теологию, чем на науку. Сам Тегмарк соглашается с большинством критических замечаний, но парирует: «И тем не менее, с радостью поставлю на существование мультивёрса все свои сбережения».

Прав Тегмарк или нет, его гипотезы заставляют нас домысливать до конца наши самые успешные теории. Они показывают, что фундаментом всей нашей «настоящей науки» может быть нечто, что древние назвали бы магией, — скрытый мир математических форм, порождающий бесконечное разнообразие реальностей. Возможно, главный вопрос не в том, одиноки ли мы во Вселенной, а в том, в какой именно из бесконечного множества вселенных мы задаем этот вопрос.