В одном из недавних материалов мы обсудили довольно смелую идею о том, что чисто гипотетически наша Вселенная может находиться внутри атома. В этом, что удивительно, есть некоторая логика.
Сторонники подхода опираются на некоторую похожесть устройства атома на то, что мы видим в реальной Вселенной. Эта мысль будоражит воображение со времён Паскаля, регулярно всплывает в интернете, мелькает в финальных кадрах "Людей в чёрном" и служит любимым аргументом в спорах о бесконечности мироздания. Кажется, в ней есть что-то глубокое. А ещё атомов много, а потому решается ещё и вопрос мультивселенных.
Удивительно, но с научной точки зрения и правда есть ряд факторов, который может оказаться подтверждением этой идеи. Но сегодня это всё ещё гипотеза и не больше.
Тем не менее, под видео, в котором я рассказывал про эту проблему, многие зрители написали что-то в стиле - вот блин, а вдруг мы и правда внутри атома... Вроде в ролике есть подтверждения, а есть ли адекватная научная критика, которая докажет, что мы ТОЧНО не в атоме и что всё это лишь красочные гипотезы?
Давайте разберём эту идею по косточкам. Честно, без снисхождения, но и без поверхностного отрицания. Потому что в этой гипотезе действительно есть и зёрна реального, но и чуть не меньшие горы заблуждений.
Откуда взялась эта идея
На самом деле, идея о вложенных мирах - одна из старейших в человеческой мысли. Блез Паскаль в "Мыслях" (1670) описывал бесконечность в обоих направлениях. Формулировалось это сугубо философски. Человек ничто в сравнении с бесконечным и всё в сравнении с ничем. В XX веке эту идею подхватила и научная фантастика.
В популярной культуре гипотезу "наша Вселенная - атом" во многом продвигал финал фильма "Люди в чёрном". Камера отъезжает от Земли, выходит за пределы видимой Вселенной и оказывается, что всё это было шариком в руках огромного существа.
Идея стала мемом. Её регулярно приписывают Карлу Сагану (он этого не говорил), иногда - Эйнштейну (и он не говорил).
В более серьёзной форме идею "вложенных Вселенных" обсуждал физик-теоретик Эдвард Харрисон в книге "Маски Вселенной" (1985) и позднее в статье 1995 года. Харрисон предложил мысленный эксперимент о "космологическом естественном отборе", но и он подчёркивал, что это именно спекуляция, а не научная теория.
Где-то тут включается принцип Поппера. Идея о том, что Вселенная — это атом, очаровательна именно тем, что её невозможно опровергнуть. Но по той же причине её невозможно и подтвердить.
Что именно утверждает гипотеза
Если вы не читали предыдущий материал, то давайте вспомним базу этой идеи. Существует несколько её версий, и они очень разные по своим претензиям:
Аналогия масштабов
Наша Вселенная структурно похожа на атом. В центре что-то плотное (Большой взрыв?), вокруг что-то вращается (галактики?). Просто красивая аналогия. Поэтически допустима. Научно пуста.
Буквальное тождество
Наша Вселенная буквально является атомом в каком-то более крупном мире. У неё есть «ядро», «электроны», она подчиняется тем же законам, что и атомы нашего мира. Идея претендует на научность. Именно эту версию мы будем разбирать. Она красивая, но противоречит измеренным свойствам нашей Вселенной по множеству независимых параметров.
Проблема первая: катастрофа масштабов
Начнём с самого очевидного. Атом - это объект с измеренными свойствами. Наша Вселенная - тоже. Понятно, что тут нужно было бы говорить и о масштабировании, но пропорциональность должна сохраняться. А при строгом пересчёте оказывается, что нет ни одного измеренного параметра, в котором наша Вселенная вела бы себя как атом. Ни одного. Это не мелкие расхождения - это вполне себе структурное несходство.
Если приправить это расширением Вселенной, которого нет у атома и отсутствием некоторого изученного "вне" для Вселенной, то получается полное несовпадение. А ещё Вселенная плоская, тогда как у атома сферическая Вселенная. И нет, атом это не шарик, но понятие симметрии для частицы никто не отменял.
Проблема вторая: Большой взрыв - не то же самое, что ядро
Главная аналогия, на которую опираются сторонники гипотезы: Большой взрыв и всё, что от него осталось - это ядро атома, а галактики - это электроны, кружащиеся вокруг. Это поэтично и совершенно неверно физически.
Во-первых, Большой взрыв - это не точка в пространстве, из которой всё разлетелось. Это событие, случившееся везде и одновременно. Нет центра расширения - любая точка Вселенной равноправно удаляется от любой другой. Если поместить муравьёв на поверхность надуваемого шара, каждый муравей видит, что все остальные удаляются от него и каждый может считать себя центром. Так работает и расширение Вселенной. Никакого ядра нет в принципе. То есть у нашего атома не было бы ядра.
Во-вторых, галактики не вращаются вокруг какой-то точки на космологических масштабах. Они участвуют в хаббловском потоке - равномерном расширении пространства. Это принципиально другая динамика, нежели орбитальное движение электронов. Опустим сейчас, что электроны расположены вероятностно.
В-третьих, ядро атома занимает ничтожную долю его объёма (~10⁻¹⁵ часть). Начальная сингулярность Большого взрыва - это не часть пространства, это граница его существования. Аналогия ломается на первом же шаге.
Проблема третья: законы физики не масштабируются так
Самая серьёзная проблема гипотезы - квантовая механика не работает в любом масштабе. Атомы квантовые потому, что их характерные размеры сопоставимы с длиной волны де Бройля электронов. Квантовые эффекты доминируют на масштабах от 10⁻¹⁰ до 10⁻³⁵ метра.
Наша Вселенная на масштабах галактик и выше описывается классической общей теорией относительности. Она не квантована. Нет дискретных уровней энергии, нет принципа неопределённости для галактик, нет суперпозиции космологических состояний (за исключением ранней Вселенной, близкой к планковскому масштабу).
Чтобы наша Вселенная была «атомом» в каком-то внешнем мире, этот внешний мир должен описываться физикой, для которой наша Вселенная - квантовый объект. Это означало бы существование внешней квантовой механики с постоянной Планка, по отношению к которой ℏ нашей физики относился бы примерно как размер атома к размеру нашей Вселенной. Никаких свидетельств существования такой «мета-физики» нет.
Впрочем, тут можно сказать, что всё это есть и мы это не видим. Мы же находимся внутри системы, а как реально работает квантовая система изнутри мы сказать пока не можем. Ещё мы можем опираться на идею, что определить что-то изнутри нельзя. Но всё-таки исходя из логики подобия, внутри атома всё не может повторять стандартную не квантовую физику.
Проблема четвёртая: что такое наблюдатель снаружи?
В квантовой механике состояние атома определяется при измерении. Копенгагенская интерпретация требует наблюдателя - системы, с которой атом взаимодействует. Если наша Вселенная - атом, кто является её наблюдателем?
Этот вопрос не риторический. В квантовой механике наблюдатель - это физическая система, с которой происходит декогеренция. Если никакой внешней системы нет, квантовое состояние атома-Вселенной никогда не коллапсирует. Вселенная должна была бы находиться в суперпозиции всех возможных состояний, что противоречит любым наблюдениям.
Единственный способ обойти это - принять многомировую интерпретацию, где коллапса нет вовсе. Но тогда мета-наблюдатель снаружи не нужен и аналогия с атомом рассыпается по другой причине.
Гипотеза мы есть атом пытается использовать квантовую механику как метафору, не принимая ни одного из её реальных следствий. Впрочем, и тут можно уйти в философию и сказать, что всё это на самом деле есть, но нам не дано такое познать.
Проблема пятая: нефальсифицируемость
Карл Поппер когда-то сформулировал критерий научности теории - она должна делать предсказания, которые в принципе можно опровергнуть экспериментом. Гипотеза мы живём внутри атома не делает ни одного такого предсказания.
Что именно должно быть иным в наблюдаемой Вселенной, если гипотеза верна? Какой эксперимент мог бы её опровергнуть? Адепты гипотезы не могут ответить на эти вопросы. Это автоматически выводит идею за пределы науки - в область метафизики.
Сравните с реальными физическими гипотезами. Теория струн (при всей своей проблематичности) хотя бы в принципе предсказывает дополнительные измерения, которые можно искать. Мультивселенная Эверетта формально предсказывает статистику квантовых исходов. Мы атом не предсказывает ничего.
Нефальсифицируемость не означает точно неверно. Оно означает лишь, что это не наука в строгом смысле. Многие истинные утверждения ненаучны - например, существует любовь. Проблема в том, что мы атом претендует именно на научный статус.
А что с похожестью Вселенной и атома?
Сторонники гипотезы часто апеллируют к визуальному сходству: фотографии нейронных сетей похожи на скопления галактик, структура мозга похожа на крупномасштабную структуру Вселенной, планетарные системы похожи на атомы. Эти совпадения завораживают.
Но это ловушка парейдолии - склонности видеть паттерны там, где их нет. Нейронная сеть и космическая паутина из галактик похожи визуально, но управляются совершенно разными силами и уравнениями. Нейроны соединены химическими синапсами, галактики - гравитацией тёмной материи. Математика различается принципиально.
Похожесть - не доказательство тождества. Облака похожи на животных. Это не означает, что облака животные.
Человеческое сознание эволюционно заточено на поиск паттернов. Это полезный навык для выживания, но ужасный инструмент для физики. Визуальное сходство структур, управляемых разными силами - это артефакт восприятия, а не свидетельство единства природы.
Что реальная наука говорит о Вселенных внутри
Существуют серьёзные научные концепции, которые поверхностно звучат похоже на гипотезу мы атом, но принципиально от неё отличаются.
Мультивселенная Эверетта предполагает существование множества ветвей квантовой реальности, но они не вложены друг в друга - это параллельные истории одной и той же физики.
Ландшафт теории струн допускает существование множества карманных вселенных с разными физическими константами. Но они не являются атомами друг в друге - это отдельные области метапространства, разделённые инфляционным расширением.
Космологический естественный отбор Ли Смолина предполагает, что новые вселенные рождаются внутри чёрных дыр. Это уже ближе к идее вложенности, но чёрная дыра - не атом, и внутренняя вселенная имеет другие физические константы, а не является уменьшенной копией внешней.
Во всех этих случаях физики тщательно следят за тем, чтобы их спекуляции делали хотя бы минимально проверяемые предсказания. Мы атом этого не делает.
Итог или вместо него
Гипотеза красива, интуитивно привлекательна и абсолютно несовместима с измеренными свойствами нашей Вселенной. Вселенная расширяется - атомы нет. У Вселенной нет дискретных квантовых чисел. Нет внешнего наблюдателя. Нет «ядра» в центре. Законы квантовой механики не масштабируются на 36 порядков величины без принципиальных изменений.
Эта идея не является научной гипотезой и она не делает ни одного проверяемого предсказания. Это метафора, возможно, поэтически ценная. Как философский вопрос о бесконечности и масштабах мироздания. Как утверждение о структуре реальности - вопросов больше, чем ответов.
Реальная физика сложнее, страннее и удивительнее, чем эта аналогия. Квантовый вакуум, тёмная энергия, инфляция, многомировая интерпретация - всё это не менее захватывает воображение, но при этом опирается на измерения и математику, а не на визуальное сходство.
Желание видеть порядок в бесконечности масштабов - это вполне здоровый научный инстинкт. Он привёл к открытию фракталов (Мандельброт), к ренормализационной группе в физике (Вильсон, Нобелевская премия 1982) и к теории масштабной инвариантности. Это реальная наука о том, как одни и те же структуры повторяются на разных масштабах и она куда интереснее метафоры Вселенная = атом.
Впрочем, как я всегда говорю и такие гипотезы, и теории на их базе, вполне полезны. Потому именно что критиковать и смаковать ошибками этого творческого подхода мы не будем. Мы просто отметим, что исходя из реальной физики взгляд на проблему очень не похож на правду. Тем не менее, где-т омы держим в памяти, что по-хорошему говоря, полностью подтвердить или опровергнуть эту идею прямо из самой такой системы невозможно.
Рассказываю про эту идею детально в ролике по теме. Обязательно посомтрите!
Не забывайте ставить лайки статье и подписываться! Это очень важно для развития проекта, а вы будете видеть ещё больше интересных статей в ленте! На канале есть премиум, где много интересного.