Скрытая реальность. Параллельные миры и глубинные законы космоса - Брайан Грин

Аналогичный статистический подход можно применить к мультивселенной. Представьте, что вы изучаете теорию мультивселенной, в которой свойства различных вселенных находятся в широком диапазоне — различные значения констант взаимодействий, свойств частиц, космологических постоянных и так далее. Также представьте, что космологический процесс образования этих вселенных (как, например, образование пузырьков в ландшафтной мультивселенной) достаточно хорошо понят, поэтому мы можем вычислить распределение вселенных с различными свойствами по всей мультивселенной. Наличие такой информации вполне может привести к значимым открытиям.

Для наглядности предположим, что вычисления дают особенно простое распределение: некоторые физические свойства широко варьируются от вселенной к вселенной, а другие остаются неизменными. Например, представим, что вычисления говорят, что должен быть некий набор частиц, общих для всех вселенных в мультивселенной, массы и заряды которых одинаковы в каждой из вселенных. Подобное распределение приводит к совершенно однозначным предсказаниям. Если эксперименты, проведённые в нашей выделенной Вселенной, не обнаружат предсказанного набора частиц, то соответствующая теория, мультивселенная и всё остальное должны быть отброшены. Таким образом, если мы знаем распределение, то гипотеза мультивселенной становится фальсифицируемой. Наоборот, если в наших экспериментах предсказанные частицы будут обнаружены, это укрепит нашу в веру в правильность выбранной теории.{61}

В качестве другого примера представьте мультивселенную, космологическая постоянная в которой варьируется в огромном диапазоне значений, но крайне неоднородно (рис. 7.1). На графике представлена доля вселенных внутри мультивселенной (вертикальная ось) с заданным значением космологической постоянной (горизонтальная ось). Если мы — часть такой мультивселенной, то загадка космологической постоянной имеет принципиально другой характер. Большинство вселенных в таком сценарии обладают космологической постоянной, значение которой близко к измеренному значению в нашей Вселенной; поэтому, хотя диапазон возможных значений огромен, скошенное распределение означает, что наблюдаемое нами значение ничем не примечательно. В такой мультивселенной удивляться тому, что космологическая постоянная в нашей Вселенной имеет значение 10−123, следует не больше, чем встрече с лабрадором весом в 27 килограмм. Каждое из этих событий наиболее вероятно при подходящем распределении.

Рис. 7.1. Распределение космологической постоянной в гипотетической мультивселенной, показывающее, как очень скошенное распределение позволяет объяснить загадочные наблюдательные данные

Теперь рассмотрим другую ситуацию. Представим, что в некоторой теории мультивселенной значения космологической постоянной варьируются в широком диапазоне, но в отличие от предыдущего примера варьируются однородно; количество вселенных с заданным значением космологической постоянной сравнимо с количеством вселенных с любым другим значением. Допустим также, что при тщательном математическом анализе теории выяснилось неожиданное свойство такого распределения: оказалось, что во вселенных со значением космологической постоянной в наблюдаемом нами диапазоне, всегда существуют частицы, массы которых, скажем, в 5000 раз превосходят массу протона — они слишком тяжёлые, чтобы их можно было наблюдать на ускорителях XX века, однако их масса вполне вписывается в диапазон ускорителей XXI века. В силу такой тесной связи между этими двумя физическими свойствами эта теория мультивселенной также является фальсифицируемой. Если у нас не получится обнаружить предсказанные тяжёлые частицы, то гипотеза будет отброшена; а открытие таких частиц наоборот усилит нашу убеждённость в её правильности.

Я хочу подчеркнуть, что эти сценарии умозрительны. Я привёл их в качестве примера, потому что они прекрасно демонстрируют возможности для научной идеи и её проверки в рамках концепции мультивселенной. Ранее я высказывал мнение, что если теория мультивселенной приводит к проверяемым свойствам помимо предсказания существования других вселенных, тогда, в принципе, возможно найти в её поддержку весомые аргументы, даже если другие вселенные недоступны. Примеры, приведённые выше, служат тому подтверждением. Для таких типов мультивселенных ответ на искомый вопрос будет безоговорочно положительным.

Важно, что такие «предсказуемые мультивселенные» не собраны как попало из составляющих вселенных. Наоборот, предсказательная сила обусловлена характерной математической структурой мультивселенной: физические свойства распределены между составляющими вселенными либо с большим перекосом, асимметрично, либо очень коррелированным образом.

Как такое может быть? Если абстрагироваться от красивого «в принципе», имеет ли это место на самом деле в рассмотренных нами ранее мультивселенных?

II. Предсказания в мультивселенной: Довольно о принципах; что же происходит на практике?

Распределение собак в данном районе зависит от ряда условий, например: от культурного слоя, финансовых возможностей и просто обычной случайности. В силу этих сложностей чтобы сделать верный статистический прогноз, лучше всего обратиться за нужными данными в местный клуб собаководов, избежав тем самым размышлений, откуда взялось именно такое распределение собак. К сожалению, никто не ведёт перепись населения мультивселенных, поэтому такая возможность оказывается недоступной. Мы вынуждены опираться на наши теоретические идеи о том, как может возникнуть данная мультивселенная с тем или иным распределением составляющих её вселенных.

Ландшафтная мультивселенная, основанная на вечной инфляции и теории струн, вполне подходит для подобных исследований. В этом сценарии двумя генераторами новых вселенных являются инфляционное расширение и квантовое туннелирование. Напомним, как это происходит: вселенная в процессе инфляции, соответствующая той или иной долине в струнном ландшафте, квантово туннелирует сквозь одну из ближайших гор и оказывается в другой долине. Из первой вселенной — с определённым набором свойств, таких как константы взаимодействий, характеристики частиц, значение космологической постоянной и так далее — возникает расширяющийся пузырёк новой вселенной (см. рис. 6.7) с новым набором физических свойств, после чего процесс продолжается.

Подобные туннелирования, являясь квантовыми процессами, обладают вероятностным характером. Нельзя предсказать, где и когда они произойдут. Но можно предсказать вероятность того, что туннелирование произойдёт в любом заданном интервале времени и в любом заданном направлении — вероятность этого зависит от конкретных свойств струнного ландшафта, таких как высоты различных вершин и долин (то есть значения соответствующих космологических постоянных). Более вероятные туннелирования происходят чаще, что находит отражение в возникающем распределении вселенных. Поэтому стратегия должна быть следующей: с помощью математического аппарата инфляционной космологии и теории струн попытаться вычислить распределение вселенных с различными физическими свойствами внутри ландшафтной мультивселенной.

Загвоздка в том, что до сих пор это никому не удавалось сделать. Струнный ландшафт в том виде, как мы его сейчас понимаем, обладает необъятным количеством вершин и долин, поэтому вычислить свойства возникающей мультивселенной является невероятно трудной математической задачей. Пионерские работы космологов и струнных теоретиков значительно расширили наше понимание, однако следует признать, что исследования в этой области всё ещё находятся на начальном уровне.{62}

Чтобы продвинуться дальше, сторонники мультивселенной предлагают добавить в анализ ещё один важный компонент. Это учёт эффекта отбора, о котором говорилось в предыдущей главе — антропного принципа.

III. Предсказания в мультивселенной: Антропный принцип

Многие вселенные в заданной мультивселенной обречены на безжизненность. Как мы видели, причина в том, что при отклонении значений фундаментальных параметров от наблюдаемых значений разрушаются условия, благоприятствующие возникновению жизни.[45] Сам факт нашего существования означает, что мы никогда не сможем оказаться в любой из таких безжизненных областей, и поэтому нечего дальше объяснять, почему мы не видим свойственную им комбинацию параметров. Если есть некий вариант мультивселенной, из которого гарантированно следует существование единственной вселенной с благоприятными условиями для возникновения жизни, то нам повезло. Мы сможем математически вывести свойства такой вселенной. Если они отличаются от измеряемых свойств нашей Вселенной, то этот вариант мультивселенной будет отброшен. Если же полученные свойства согласуются с нашими, это станет впечатляющим подтверждением антропного подхода, а также приведёт к неимоверному расширению существующей картины мира.