Современная физика тихо, без фанфар и без пресс-релизов, угодила в парадокс, который превращает каждого из нас в статистическую галлюцинацию вакуума — и никто, кроме горстки космологов, по этому поводу даже бровью не повёл.
Вечная инфляция, или как физика наплодила бесконечность миров
Начнём с того, что вселенная — это не уютная сферическая коробочка, как нам внушали в школьных учебниках. По нынешним представлениям, в первые мгновения после Большого взрыва пространство пережило фазу безумного раздувания, которую назвали инфляцией. И вот тут начинается весёлое: в самой популярной версии этой теории — вечной инфляции Линде, Виленкина и компании — раздувание никогда не прекращается полностью. Где-то оно затормозилось, родив наш скромный пузырёк с галактиками и налогами, а где-то продолжается, не уставая, прямо сейчас и до скончания всех времён.
Иными словами, наш космос — это один из бесчисленного количества «пузырей», вечно булькающих в инфляционном супе. Многомировая физика, которую философы ещё двадцать лет назад высмеивали как ересь, сегодня преподаётся в Стэнфорде с серьёзным лицом. Мультивселенная — это не сюжет для Marvel, это рабочая гипотеза мейнстрима.
Казалось бы — ну и отлично, чем больше миров, тем больше работы у теоретиков. Но физика — наука дотошная. Если миров бесконечно много, и в каждом возможны все мыслимые конфигурации материи, то возникает вопрос: а как, чёрт возьми, считать вероятности? Ведь любое событие, имеющее хоть мизерный шанс случиться, произойдёт не один раз, а бесконечно много раз. Включая то, что вы прямо сейчас читаете эту фразу. И не читаете. И читаете в виде осьминога. И читаете, будучи безголовой курицей на Альфе Центавра. Всё происходит. Всегда. Везде. Сразу.
Проблема меры: бухгалтер, который никогда не закроет квартал
Вот тут на сцену выходит главный антигерой нашей истории — проблема меры. Звучит как название скучной диссертации по математической экономике, но на деле это вопрос, способный разрушить всю прогностическую силу космологии. Чтобы посчитать вероятность чего-либо — например, «насколько вероятно, что наблюдатель видит именно такую плотность тёмной энергии, как у нас» — нужно разделить количество наблюдателей, видящих эту плотность, на общее количество наблюдателей. Школьная арифметика, помните?
А теперь попробуйте поделить бесконечность на бесконечность. Удачи. Результат может быть любым — от нуля до бесконечности, в зависимости от того, как вы решили подсчитывать, в какой последовательности, по какому пространственно-временному срезу, с какой точки зрения. Это как если бы вам поручили посчитать, сколько в мире рыжих, но условились, что считать вы будете «по очень особому правилу, которое мы потом обсудим». Угадайте, кто тут жулик.
Космологи придумали десятки разных мер — способов «нарезать» бесконечный мультиверс на счётные кусочки. Есть мера причинного патча, мера срезов постоянного хаббловского времени, мера светового конуса, измерение по плотности энергии вакуума и ещё с десяток вариантов. Каждая даёт свой ответ. Иногда — диаметрально противоположный. Иногда — настолько абсурдный, что хоть святых выноси.
И это не философская придирка. Без выбора меры теория мультивселенной не предсказывает ничего. Совсем. Это огромный, элегантный, математически изящный аппарат, который не может сказать вам, какого цвета будет завтрашний рассвет. Зато про существование триллионов копий вас за пределами наблюдаемой Вселенной — пожалуйста, сколько угодно. Удобная наука, не правда ли?
Больцмановский мозг: когда вакуум вспоминает, кем он был
А теперь — самый сочный кошмар современной космологии. Знакомьтесь: больцмановский мозг. Назван в честь Людвига Больцмана, который ещё в XIX веке заметил, что в достаточно большом и долгоживущем мире случайные тепловые флуктуации могут породить что угодно — хоть Эйфелеву башню, хоть Кремль, хоть, простите, ваш собственный мозг с готовыми воспоминаниями, ощущениями и убеждённостью, что у него где-то есть тело и кофе на столе.
Вероятность того, что молекулы вакуума случайно сложатся в работающий человеческий мозг, — это число, у которого нулей после запятой больше, чем атомов в наблюдаемой Вселенной. Но в вечно расширяющемся пространстве время идёт бесконечно. А бесконечность, как мы выяснили, штука хищная — она умножает на себя любую микроскопическую вероятность и получает... опять бесконечность. То есть таких мозгов, спонтанно сконденсировавшихся из квантовой пены, в мультивселенной должно быть бесконечно много.
Хуже того: по расчётам ряда космологов, например Дона Пейджа и Шона Кэрролла, в большинстве разумных мер больцмановских мозгов гораздо больше, чем обычных, нормально эволюционировавших наблюдателей вроде нас с вами. Не в два раза. Не в миллион. В число с экспонентой, перед которой меркнут любые сравнения.
Из чего следует — внимание, держитесь крепче — что если выбрать случайного наблюдателя в мультивселенной, он почти наверняка окажется именно больцмановским мозгом: одиноким, призрачным, обречённым через долю секунды распасться обратно в хаос. С полным набором ложных воспоминаний о маме, о школе и о статье на Дзене, которую он якобы только что прочитал. То есть — статистически — это, возможно, прямо сейчас происходит с вами. Привет.
Статистика против здравого смысла, и почему вы, возможно, иллюзия
Тут любой нормальный человек должен сказать: «Ребята, ну это же бред, я очевидно не больцмановский мозг — у меня вон чашка с чаем, кот мяукает, статистика подтверждается каждый день». И будет, разумеется, абсолютно прав. Но в том-то и подвох: с точки зрения уравнений, ваше «очевидно» — это слабенький аргумент против неумолимой арифметики бесконечности.
Один из любимых ходов космологов — назвать это редукцией по абсурдности. Мол, если ваша теория предсказывает, что большинство наблюдателей — короткоживущие мозги, конденсирующиеся из вакуума, а мы наблюдаем устойчивую Вселенную с воспроизводимыми законами физики, то с теорией что-то не то. Звучит логично — но обратите внимание на хитрость: мы не отвергаем мультивселенную потому, что она ошибочна. Мы отвергаем её потому, что она нам не нравится. Это уже не физика, это эстетика. Религия здравого смысла, одетая в смокинг математики.
Философские последствия — отдельная песня. Если антропный принцип заставляет нас принимать ту меру, в которой «нормальных» наблюдателей больше, чем флуктуационных мозгов, то мы фактически выбираем теорию ради её удобства, а не ради соответствия фактам. Прежде физика гордилась тем, что отказывается подгонять реальность под вкусы экспериментатора. Сейчас — извольте, целый раздел космологии живёт тем, что аккуратно сортирует бесконечности по принципу «эта мне нравится, а эта неприлично выглядит».
Получается, что граница между наукой и метафизикой в этих вопросах стёрта не до тонкой линии, а до состояния запотевшего стекла. Кант, наверное, перевернулся бы в гробу — если бы, конечно, не оказался сам больцмановской флуктуацией, на долю секунды вспомнившей, что её зовут Иммануил.
Линейка, которой нет: как космологи спасают репутацию
Конечно, физики — народ упрямый. Сдавать без боя многолетние теории они не намерены. За последние два десятилетия предложено столько способов обойти проблему больцмановских мозгов, что хватило бы на отдельный энциклопедический том.
Андрей Линде вместе с коллегами в своё время предложили меру причинного патча: рассматривать только ту часть мультивселенной, которую способен видеть один наблюдатель за всю свою жизнь. Это сразу обрубает бесконечности и делает арифметику осмысленной. Минус — выбор «того самого» наблюдателя выглядит произвольным, и физики до сих пор спорят, чем мерить размер этого патча.
Другие предлагают поздний обрыв во времени: мол, считаем всё, что произошло до некоего момента, а дальше — лес рукой. Но тут вылезает парадокс молодости: получается, что мы должны жить в неприлично ранней Вселенной, где звёзды только-только зажглись. А мы вроде как живём в 13,8 миллиарда лет старушке. Концы с концами не сходятся.
Третьи, как Шон Кэрролл, идут радикальнее: они выдвигают гипотезу, что вакуум не способен флуктуировать так, как полагал Больцман. Что само понятие «спонтанного возникновения мозга из ничего» — это математическая фантазия, не имеющая физического содержания. Изящно. Если только удастся это доказать — что пока никому не удалось.
Существуют ещё голографические меры, меры по плотности энтропии, меры по числу е-фолдингов инфляции. Каждая со своими сторонниками, своими публикациями, своими конференциями в красивых местах. Объединяет их одно: ни одна не получила всеобщего признания. Космология стала похожа на средневековую теологию — много школ, ярких диспутов, неубиваемых аргументов, и решительно ни одного эксперимента, способного хоть кого-то переубедить.
Что остаётся, когда всё происходит бесконечно
Вот так и стоит современная космология — на огромном, изящном, ажурном фундаменте, под которым обнаружилась трещина шириной с галактический рукав. Проблема меры не решена. Парадокс больцмановского мозга не закрыт. А вся наша уверенность в том, что мы живём в реальной Вселенной, а не в случайной двухсекундной флуктуации квантового вакуума, по большому счёту, опирается не на доказательство, а на упрямство.
Самое интересное — то, что широкая публика об этом почти не знает. Популярные передачи рассказывают про мультивселенную с восторгом ребёнка в магазине игрушек. Стенды на научпоп-фестивалях обещают «безграничные миры за горизонтом». А внутри профессионального цеха идёт глухая, тяжёлая работа по сшиванию белыми нитками теоретической ткани, которая упорно расползается.
Возможно, в один прекрасный день кто-то предложит решение настолько изящное, что больцмановские мозги исчезнут из учебников, как когда-то исчез эфир. А возможно — и это куда тревожнее — мы вынуждены будем признать, что наша наука дошла до предела, за которым математика умеет считать, но не умеет понимать.
Пока же стоит, наверное, заварить себе чаю, проверить, на месте ли кот, и тихонько порадоваться тому, что вы, скорее всего, всё-таки не одинокий призрак вакуумной флуктуации. А если всё-таки да — то по крайней мере у этого призрака есть отличный повод дочитать статью до конца.