Современная космология: философские горизонты - Коллектив авторов

Другим выражением путаницы является то, что некоторые авторы, работающие в области квантовой космологии и квантовой гравитации, то ли не очень понимают, то ли сознательно игнорируют, что в инфляционной космологии проблема сингулярности не встает. Так Мартин Боджовальд в обзоре «Петлевая квантовая космология»[267] так представляет задачу квантовой гравитации в космологии: «Ожидается, что квантовая гравитация будет необходима для понимания ситуации в случаях, когда классическая общая теория относительности терпит неудачу. В частности, в космологии приходится иметь дело с начальными сингулярностями, иначе говоря, с тем фактом, что обратная эволюция классического пространства-времени неизбежно приходит к концу за конечное собственное время. Это представляет собой крах классической картины и требует для описания расширенной теории» (перевод с английского А.П.). То, что в инфляционной космологии проблема сингулярности вообще говоря не встает, Мартин Боджовальд не отмечает, вместо этого он настаивает на использовании расширенной теории (квантовой гравитации), и, более того, среди 314 литературных ссылок в цитированном обзоре нет ни одной ссылки на ставшие уже классическими статьи по инфляционной космологии (что по меньшей мере странно для фундаментального обзора по космологии).

Эта путаница еще более усиливается из-за того, что формальное решение проблемы космологической сингулярности с использованием квантовой гравитации приносит неожиданный бонус: оказывается, что некоторые теории квантовой гравитации (в частности, петлевая гравитация) не только устраняют сингулярность, но могут описать и некоторые варианты процесса инфляции, в которой инфляция имеет чисто квантово-гравитационное происхождение2. То есть, естественное устранение проблемы сингулярности в теориях инфляции не следует путать с тем, что некоторые квантовые теории гравитации способны формально (т. е. независимо от проблемы происхождения горячего Большого взрыва) устранить сингулярность из классических космологических решений, и при этом еще предложить квантово-гравитационную модель инфляции.

А. Д. Панов

Почему условия на Земле пригодны для жизни? Такой вопрос кажется лишенным смысла, так как ответ на него очевиден: если бы на Земле условия не были пригодными для жизни, мы бы здесь не жили. Этот нехитрый ответ подразумевает, что существуют и другие планеты, на которых условия могут быть совсем другими, в том числе и вовсе не пригодными для жизни.

Однако, аналогичный вопрос в отношении всей нашей Вселенной более чем уместен. Это связано с пониманием двух вещей. С одной стороны, Вселенная могла бы быть устроена совсем по-другому — так, что никакая жизнь в ней была бы невозможна. Фундаментальные физические постоянные (или начальные условия при образовании Вселенной) имеют до такой степени специальные значения, как будто они намеренно подобраны так, чтобы во Вселенной могли образоваться сложные формы материи[268]. С другой стороны, в отличие от множества известных планет (в настоящее время около трех сотен), нам известна только одна Вселенная. Это обстоятельство порождает попытки искать ответ на вопрос о столь выделенных свойствах Вселенной, что в ней может существовать жизнь и разум, в совершенно различных направлениях.

Одно направление поисков подразумевает, что Вселенная просто не могла быть иной. В частности, все фундаментальные постоянные должны однозначно выводиться из некоторой фундаментальной физической теории, которая тоже единственна. Именно это, видимо, подразумевал Эйнштейн в своем знаменитом высказывании: «Что меня по-настоящему интересует, так это был ли у Бога какой-то выбор при сотворении мира».

Другое направление связано с так называемым антропным принципом[269]. Один из основных вариантов толкования антропного принципа гласит, что Вселенная такова, какова она есть, потому что будь она другой — ее некому было бы наблюдать. Как и в случае с планетами, с которого мы начали, такое объяснение устройства нашей Вселенной неявно подразумевает, что могут быть и другие вселенные, или наша Вселенная могла бы оказаться другой в ситуации некоторого выбора. Вне этого предположения слово «другой» в формулировке антропного принципа теряет смысл вместе с самим принципом. И вот здесь все становится непонятным: что значит, другие вселенные «могут быть», что означает «выбор» и из чего, когда Вселенная всего одна? Можно ли придать разумный смысл понятию выбора (и, быть может, вероятности, необходимости или каким-то другим атрибутам выбора), если Вселенная всего одна? Из чего выбирать?[270]

В современной физике по нескольким совершенно разным причинам возникает представление, что наша Вселенная, или, как иногда говорят, наблюдаемая Вселенная, является лишь одним из многих объектов подобного же типа, которые в некотором, не совсем, правда, простом смысле, все одновременно существуют2. Эти другие вселенные называются локальными вселенными, минивселенными, и даже — карманными вселенными. Всё объемлющее и заключающее в себя эти локальные вселенные многообразие называется Мультиверсом. Этот термин можно считать практически устоявшимся.

Важно, что локальные вселенные, одной из которых является наша Вселенная, в принципе могут обладать совер-шенно разными свойствами: разными спектрами масс фундаментальных частиц, разными константами взаимодействия, разными начальными или граничными условиями, даже разными размерностями пространства. Для краткости обычно говорят просто о различии наборов фундаментальных констант. Более того, в современной физике нащупывается подход к возможным механизмам фиксации того или иного набора констант в разных вселенных. Это может быть связано, например, с выбором одной из возможных конфигураций физического вакуума в теории суперструн[271], хотя это не исчерпывает всех возможностей. Мы здесь ссылаемся на эту возможность просто потому, что соответствующие представления лучше разработаны и более широко известны.

Конфигурация физического вакуума в теории струн определяется выбором того или иного минимума энергии на множестве различных конфигураций так называемого пространства компактификации. Зависимость плотности энергии вакуума от конфигурации пространства компактификации иногда называется «ландшафтом теории струн», и тип вакуума соответствует одному из минимумов, или «долин», в этом ландшафте. Имеется даже оценка, сколько существует таких долин. Их оказывается чудовищно много: порядка 10500. Столько же существует различных конфигураций вакуума, столько различных наборов фундаментальных физических констант и столько же может быть различных типов вселенных. Надо, конечно, понимать, что эти представления далеко еще не являются установленным научным фактом, но они не являются и беспочвенной спекуляцией. Обсуждаются возможные связи таких моделей с экспериментом.

Представление о Мультиверсе возникает в современной физике одновременно несколькими разными способами.

Мы не ставим себе целью дать полный обзор, и упомянем только наиболее, как сейчас представляется, важные и фундаментальные возможности.

Мультиверс возникает, во-первых, в рамках так называемой многомировой интерпретации квантовой теории. Многомировая интерпретация восходит к Хью Эверетту[272] и часто называется эвереттовской интерпретацией. На самом деле сам Эверетт о многих мирах ничего не писал. Он только дал описание процесса квантового измерения исключительно в терминах уравнения Шредингера, без явного использования так называемого постулата редукции состояния фон Неймана (детальное обсуждение эвереттовской интерпретации имеется в нашей статье[273]). В этом подходе исследуемая квантовая система, прибор, а также, быть может, и наблюдатель, рассматриваются как единая большая квантовая система, которая описывается единым квантовым состоянием и унитарной эволюцией. После измерения такая система распадается в суперпозицию макроскопически различных квантовых состояний, в которой все результаты измерения существуют одновременно, но с разными амплитудами. Термин «многомировая интерпретация» связан с Джоном Уилером, который предложил распространить подход Эверетта на Вселенную в целом в комментарии, который был опубликован вместе с оригинальной статьей Эверетта[274].

На самом деле, многомировую интерпретацию квантовой теории вообще трудно назвать интерпретацией, так как она является прямым и неизбежным следствием попытки рассмотреть Вселенную как квантовый объект. Она является неотъемлемой частью уже существующей квантовой теории, если «идти до конца». Фактически, представление о Вселенной как о квантовом объекте уже сейчас имеет прикладное значение для вычисления углового спектра анизотропии температуры реликтового излучения и спектра неоднородностей распределения материи в больших масштабах и подтверждается наблюдениями.