Наша математическая вселенная. В поисках фундаментальной природы реальности - Макс Тегмарк

А что можно сказать об аргументах в пользу существования наших двойников? Если мы проанализируем приведенные выше рассуждения, то увидим: свойство мультиверса I уровня, выражающееся словами «Случается все, что может случиться», вытекает из двух отдельных логических допущений, и оба они могут быть корректными и без инфляции:

1. Пространство и материя бесконечны. Первоначально существовало бесконечное пространство, заполненное горячей расширяющейся плазмой.

2. Случайные зародыши; первоначально имелся механизм, действующий так, что в любой области могли возникнуть любые возможные первичные флуктуации, кажущиеся случайными.

Проанализируем эти два предположения. Я думаю, второе из них весьма разумно, вне зависимости от инфляции. Согласно нашим наблюдениям, случайного вида первичные флуктуации существуют, так что мы знаем, что некий механизм их породил. Мы тщательно измерили их параметры, используя космический микроволновый фон и карты галактик, и обнаружили, что их статистические свойства соответствуют тому, что в теории вероятности называют гауссовым случайным полем, и это удовлетворяет предположению № 2. Более того, если инфляции не было и далекие области пространства не могли бы взаимодействовать друг с другом (рис. 5.2), этот механизм гарантированно «бросал бы игральные кости» независимо в каждой области.

Что можно сказать о предполагаемой бесконечности пространства и материи? Прежде всего, бесконечное пространство, достаточно равномерно заполненное материей, было стандартным предположением общепринятой космологии задолго до изобретения инфляции, и сегодня это часть так называемой стандартной космологической модели. Тем не менее это предположение (и вытекающее из него существование мультиверса I уровня) считается спорным. Отчасти эти соображения привели в 1600 году на эшафот Джордано Бруно. Тем, кто публиковался относительно недавно (в их числе Джордж Эллис, Джефф Брандрит, Жауме Гаррига и Александр Виленкин), костер уже не грозил, но все же давайте критически подойдем к допущению бесконечности пространства и бесконечности материи.

Хотя простейшая модель пространства, предложенная еще Евклидом, бесконечна (гл. 2), эйнштейновская общая теория относительности предлагает различные варианты того, как именно пространство может быть конечным. Если пространство свернуто как гиперсфера (рис. 2.7), общий объем такой гиперсферы должен быть по меньшей мере стократно больше той ее части, которую мы можем наблюдать – нашей Вселенной. Иначе невозможно объяснить, почему видимая часть пространства такая плоская, что эксперименты по изучению космического микроволнового фона не обнаруживают никакой кривизны. Иными словами, даже если мы живем в конечном пространстве вроде гиперсферы, все равно существуют по крайней мере сотни параллельных вселенных I уровня.

А что можно сказать относительно конечного пространства торообразного – как бублик – типа (гл. 2)? Геометрия такого пространства плоская, но, начав движение в определенном направлении, в конце концов возвращаешься в исходную точку. Похожее пространство смоделировано в компьютерных играх, в которых можно вылететь за границу игрового поля и сразу же появиться с другой его стороны, так что, если заглянуть достаточно далеко вперед, вы увидите перед собой собственный затылок, а во всех направлениях – бесконечно много ваших регулярно повторяющихся копий, будто вы оказались в комнате с зеркальными стенами. Если у нашего пространства такие свойства, то какой минимальный размер оно может иметь? Ясно, что оно должно быть гораздо больше нашей Галактики, поскольку в телескопы мы не видим бесконечного числа копий Млечного Пути, выстроившихся аккуратными рядами. Но если бы размер составлял, скажем, 10 млрд световых лет, этот тест уже не сработал бы: мы не увидели бы ближайшей копии нашей Галактики, поскольку 10 млрд лет назад ее не существовало. Есть еще более точный тест: мы можем найти узнаваемый объект вроде яркой галактики в 5 млрд световых лет от нас, а затем поискать тот же объект в 5 млрд световых лет в противоположном направлении. Такие поиски проводились и не дали результата. Наиболее чувствительный тест из всех заключается в использовании самого далекого объекта, который мы можем увидеть, – космического микроволнового фона, на котором можно искать паттерны в противоположных направлениях (рис. 6.1). Многие исследовательские группы, включая меня с Анжеликой, пытались это сделать, но ничего не нашли. Кроме того, если пространство имеет конечный объем, в нем разрешены лишь некоторые частоты возмущений, подобно тому, как воздух во флейте может вибрировать лишь на определенных частотах. Это вносит в спектр мощности микроволнового фона определенные искажения, которые Анжелика и другие ученые не обнаружили. Короче говоря, все еще сохраняется возможность того, что пространство конечно. Однако выбор моделей с конечным пространством сильно ограничен наблюдениями, и все пока допустимые пространства имеют объем, сопоставимый с объемом Вселенной или превышающий его. Более того, при наличии именно сейчас лишь одной Вселенной возникает необъяснимое совпадение: почему именно сейчас? Ведь ранее, когда свет дошел до нас только из небольшой части пространства, вселенных должно было иметься больше одной.

Рис. 6.1. Если в тороидальной вселенной вы пролетите через правую окружность (справа), то немедленно окажетесь в соответствующей точке на левой окружности: покинув точку а, вы попадете в точку а, и т. д. В действительности две точки а являются одной физической точкой. Значит, паттерны космического микроволнового фона вдоль этих двух окружностей должны казаться нам похожими, поскольку в действительности они представляют собой одно и то же.

Но довольно о бесконечном пространстве. Что можно сказать о бесконечном количестве материи? До появления теории инфляции это допущение часто оправдывалось ссылками на принцип Коперника, гласящий, что люди не занимают особенного места в космосе: если галактики есть вокруг нас, значит, галактики должны быть везде.

Что говорят об этом данные последних наблюдений? Например, насколько однородно распределение материи в больших масштабах? В модели островной вселенной, где пространство бесконечно, а вся материя заключена в конечной его области, почти все члены мультиверса I уровня были бы мертвыми, состоящими лишь из пустого пространства. В прошлом такие модели были популярны. Первоначально островом была Земля и небесные тела, видимые невооруженным глазом, а в начале XX века островом стала известная нам часть галактики Млечный Путь. Модель островной вселенной недавно была окончательно опровергнута наблюдениями. Трехмерные карты распределения галактик, о которых шла речь в предыдущей главе, показали, что впечатляюще крупномасштабные структуры (группы, скопления, сверхскопления галактик, стены) на больших масштабах уступают место унылой однородности, и никаких целостных структур размером более примерно 1 млрд световых лет не существует.

Чем крупнее структуры мы наблюдаем, тем более однородным кажется заполнение Вселенной материей (рис. 4.6). Если отбросить конспирологические теории, согласно которым Вселенная специально создана так, чтобы нас дурачить, наблюдения недвусмысленно говорят нам: пространство, каким мы его знаем, тянется далеко за границы нашей Вселенной и наполнено галактиками, звездами и планетами.

Где находятся параллельные вселенные I уровня?

Итак, если параллельные вселенные I уровня существуют, то это просто области пространства размером с нашу Вселенную, которые удалены настолько, что свет от них еще не успел достичь нас. Но если мы в центре Вселенной, означает ли это, что мы занимаем некое особое место в пространстве? Представьте себе, что вы идете по большому полю в сильном тумане, которой ограничивает видимость до 50 м, и чувствуете себя так, будто находитесь в центре туманной сферы, за пределами которой, как за краем нашей Вселенной, вам ничего не видно. Но это не означает, что вы в особенном месте, поскольку всякий, кто находится в это время на поле, ощутит себя в центре собственной туманной сферы. Точно так же любой наблюдатель, находящийся в любом месте пространства, обнаружит себя в центре своей вселенной. Кроме того, между соседними вселенными не существует физических границ, как нет особой 50-метровой границы в тумане – поле и туман имеют одинаковые свойства и там, и здесь. Более того, вселенные могут перекрываться, как и туманные сферы. Некто на поле в 30 м от вас может одновременно видеть и вас, и области, которые вам не видны. Так и обитатель галактики в 5 млрд световых лет от нас будет видеть в своей вселенной и Землю, и области космоса, лежащие вне нашей Вселенной.