Что, если за пределами нашей наблюдаемой Вселенной простираются бесчисленные другие миры, каждая со своими законами, историей и даже версиями нас самих? Эта захватывающая идея, некогда удел писателей-фантастов, сегодня является одним из самых обсуждаемых и глубоких направлений современной физики и космологии: Теория мультивселенной.
От философских догадок античности до сложных математических моделей XXI века, концепция множественности миров прошла долгий путь, бросая вызов нашему восприятию реальности и заставляя переосмыслить место человечества в космосе.
Корни мультивселенной уходят глубоко в историю философии. Еще древнегреческие атомисты, такие как Демокрит (ок. 460–370 до н.э.) и Эпикур (341–270 до н.э.), предполагали существование бесконечного числа миров, возникающих из бесконечного числа атомов в бесконечном пространстве. Однако эти идеи оставались в основном умозрительными, не имея под собой эмпирической или математической основы.
По-настоящему зерна мультивселенной были посеяны в XX веке, когда физики столкнулись с парадоксами квантовой механики – теории, описывающей поведение материи на атомном и субатомном уровнях. Знаменитый мысленный эксперимент Эрвина Шрёдингера (1935) с котом, который одновременно жив и мертв до момента наблюдения, ярко демонстрировал абсурдность квантовой суперпозиции в макромире. Возникла проблема измерения: что происходит, когда наблюдатель "коллапсирует" волновую функцию, заставляя частицу принять определенное состояние?
Революционный ответ на эту проблему предложил молодой американский физик Хью Эверетт III (1930–1982) в своей докторской диссертации 1957 года, озаглавленной "Relative State Formulation of Quantum Mechanics" (позже известной как "Theory of the Universal Wave Function"). Эверетт выдвинул радикальную идею: волновая функция никогда не коллапсирует. Вместо этого, при каждом квантовом измерении, Вселенная расщепляется на множество параллельных реальностей.
Когда вы измеряете спин электрона (например, вверх или вниз), Вселенная не "выбирает" один результат. Вместо этого, одна версия вас наблюдает электрон со спином "вверх" в одной ветви Вселенной, а другая версия вас наблюдает электрон со спином "вниз" в другой ветви. Все возможные результаты измерения фактически реализуются, но в разных, постоянно расходящихся реальностях.
Идея Эверетта была настолько смелой и нетрадиционной, что поначалу её встретили с недоверием и даже враждебностью со стороны научного сообщества, включая его собственного наставника Джона Уилера. Эверетт разочаровался в академической карьере и ушел в оборонную промышленность. Знакомая ситуация для талантливых ученых, когда бездарности выживают молодых новаторов. Спустя десятилетия, в 1970-х годах, идея Эверетта была возрождена и популяризирована американским физиком Брайсом Девиттом (1923–2004), который и дал ей ставшее знаменитым название: Интерпретация Многих Миров (Many-Worlds Interpretation, MWI). Девитт активно продвигал MWI, видя в ней элегантное решение проблемы измерения и логическое следствие квантовой механики.
MWI утверждает, что наша Вселенная – лишь одна из бесчисленных "ветвей" или "миров", постоянно возникающих из-за квантовых событий. Это означает, что где-то существует версия вас, которая приняла другое решение или пережила другое событие, и так до бесконечности.
Пока квантовые физики разбирались с расщепляющимися реальностями, космологи столкнулись со своими собственными загадками, связанными с Большим Взрывом. Стандартная модель Большого Взрыва не могла удовлетворительно объяснить такие наблюдаемые свойства нашей Вселенной, как её удивительная однородность, плоскостность и отсутствие магнитных монополей.
В начале 1980-х годов американский физик Алан Гут (род. 1947) предложил концепцию космической инфляции – короткого, но чрезвычайно быстрого экспоненциального расширения Вселенной в первые мгновения после Большого Взрыва. Инфляция блестяще решала вышеупомянутые проблемы. Однако вскоре выяснилось, что инфляция может быть не просто однократным событием. Российско-американский космолог Андрей Линде (род. 1948), а также Александр Виленкин (род. 1948), независимо друг от друга, разработали концепцию вечной инфляции.
Инфляция, однажды начавшись, никогда полностью не заканчивается повсюду. В то время как в одних областях пространства инфляция прекращается, образуя "пузыри" или "карманные вселенные" (подобные нашей), в других областях она продолжается, порождая новые и новые инфляционные домены. Представьте себе кипящий бульон, где постоянно образуются и лопаются пузырьки. Каждый такой пузырек – это потенциальная новая Вселенная, отделяющаяся от "родительского" инфляционного пространства. Эти пузырьки могут иметь различные физические константы, разные наборы элементарных частиц и даже разное количество измерений. Наша Вселенная – лишь один из таких пузырей в гигантском, постоянно расширяющемся космическом океане.
Третий мощный аргумент в пользу мультивселенной исходит из наиболее амбициозной теории современной физики – теории струн и её более позднего развития, M-теории. Эти теории пытаются объединить все фундаментальные силы природы, включая гравитацию, описывая элементарные частицы не как точки, а как крошечные вибрирующие струны или мембраны (браны) в многомерном пространстве-времени.
M-теория предполагает существование 10 или 11 измерений, большинство из которых "свернуты" до микроскопических размеров.
Бранные миры: Концепция бранных миров, активно развиваемая такими физиками, как Лиза Рэндалл (род. 1962) и Раман Сундрум (род. 1964) в конце 1990-х годов, предполагает, что наша Вселенная – это всего лишь трехмерная мембрана (брана), плавающая в более высоком измерении, называемом "объемом" (bulk). Рядом с нашей браной могут существовать другие браны, каждая из которых является отдельной Вселенной. Гравитация – единственная сила, которая может "просачиваться" между этими бранами, объясняя её относительную слабость.
Один из ключевых выводов теории струн, сформулированный Леонардом Сасскиндом (род. 1940), заключается в существовании астрономически большого числа возможных конфигураций (вакуумных состояний) для этих свернутых измерений. Это число оценивается в 10^500 или даже больше! Каждая такая конфигурация соответствует Вселенной с уникальным набором физических законов и констант. Этот "ландшафт" возможных вселенных и есть струнная мультивселенная.
Идея струнного ландшафта предоставляет потенциальное объяснение так называемой "тонкой настройки" нашей Вселенной – почему фундаментальные константы имеют значения, идеально подходящие для возникновения жизни. Если существует огромное количество вселенных с разными константами, то нет ничего удивительного в том, что мы оказались именно в той, где условия для жизни возможны (принцип антропности).
Чтобы упорядочить это головокружительное разнообразие гипотез, шведско-американский космолог Макс Тегмарк (род. 1967) предложил в 2003 году (в статье "Parallel Universes" для Scientific American) классификацию мультивселенных по четырем уровням, от наименее до наиболее спекулятивных.
Бесконечное пространство. Если наша Вселенная бесконечна (что согласуется с текущими наблюдениями плоской геометрии), то где-то достаточно далеко от нас должна существовать точная копия всего, что есть в нашей Вселенной, включая нас самих. При бесконечном количестве комбинаций частиц, в какой-то момент повторения неизбежны. Эти вселенные имеют те же физические законы и константы.
Пузырьковые вселенные (Мультивселенная инфляции). Это те вселенные, которые возникают в результате вечной инфляции. Они отделены от нашей Вселенной огромными, постоянно расширяющимися пространствами инфляции. Эти вселенные могут иметь разные физические константы и даже разные пространственные измерения, так как они формируются из разных "пузырей" инфляционного поля.
Интерпретация Многих Миров (MWI). Это мультивселенная, порождаемая квантовыми измерениями, как предложил Эверетт. Каждая ветвь этой мультивселенной существует в том же пространстве-времени, что и наша, но они "декогерируют" (становятся независимыми) и не взаимодействуют друг с другом. Все эти вселенные имеют одни и те же физические законы.
Математическая мультивселенная. Самый радикальный уровень, предложенный Тегмарком. Он предполагает, что все математически существующие структуры соответствуют реальным физическим вселенным. Если наша Вселенная описывается определенной математической структурой, то любая другая математическая структура, которую можно себе представить, также описывает свою собственную, реально существующую вселенную. Это означает, что за пределами физических законов, которые мы знаем, существует бесконечное множество вселенных с совершенно иными, невообразимыми законами.
Несмотря на свою привлекательность и способность объяснять некоторые загадки космологии, теория мультивселенной сталкивается с серьезной критикой.
Нефальсифицируемость. Главное возражение состоит в том, что большинство версий мультивселенной невозможно проверить экспериментально. Если другие вселенные по определению недоступны для наблюдения, как мы можем доказать их существование? Это ставит под вопрос научный статус гипотезы.
Принцип "бритвы Оккама" (не умножать сущности без необходимости) подсказывает, что более простые объяснения предпочтительнее. Некоторые критики утверждают, что введение бесконечного числа вселенных – это излишнее усложнение.
Отсутствие прямых доказательств. На данный момент нет никаких прямых эмпирических доказательств существования других вселенных.
Однако сторонники мультивселенной возражают, что отсутствие прямых доказательств не означает её ложности. Они указывают на то, что мультивселенная является естественным следствием наиболее успешных и проверенных теорий (квантовой механики, инфляционной космологии) и может быть косвенно подтверждена, если, например, будут найдены предсказанные ею аномалии в космическом микроволновом фоне (следы столкновений с другими пузырями) или если она окажется единственным жизнеспособным объяснением тонкой настройки Вселенной.
Возможно, однажды мы обнаружим убедительные доказательства существования других вселенных, и тогда наше понимание мироздания расширится до масштабов, которые сейчас кажутся невообразимыми.