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

• Чтобы придать ГМВ смысл, может потребоваться гипотеза вычислимой Вселенной (ГВВ), состоящая в том, что математическая структура, которая является нашей внешней физической реальностью, определена вычислимыми функциями. В противном случае геделевская неполнота и невычислимость Черча – Тьюринга будут соответствовать неудовлетворительно определенным отношениям в нашей математической структуре.

• Гипотеза финитной Вселенной (ГФВ), состоящая в том, что наша внешняя физическая реальность является конечной математической структурой, влечет за собой ГВВ и устраняет всякое беспокойство относительно неопределенности реальности.

• ГВВ/ГФВ могут помочь разрешить проблему меры и объяснить, почему наша Вселенная столь проста.

• Из ГМВ вытекает, что не существует неопределенных начальных условий: начальные условия ничего не говорят нам о физической реальности, а относятся лишь к нашему «адресу» в мультиверсе.

• Из ГМВ вытекает, что фундаментальной случайности не существует: случайность – это просто то, как субъективно воспринимается клонирование.

• Из ГМВ вытекает, что большая часть сложности, которую мы наблюдаем, является иллюзией, существующей только в глазах наблюдателя и отражающей в основном информацию о нашем «адресе» в мультиверсе.

• Описать совокупность вещей может оказаться проще, чем одну из ее частей.

• Наш мультиверс проще, чем наша Вселенная, в том смысле, что его можно описать с помощью меньшего количества информации, а мультиверс IV уровня является простейшим из всех и, в сущности, не требует информации для своего описания.

• Вероятно, мы живем не в симуляции.

• ГМВ является принципиально проверяемой и фальсифицируемой.

Глава 13. Жизнь, Вселенная и все такое

Вот как кончится мирНе взрыв но всхлип.

Будущее не такое, как мы привыкли.

Насколько велика наша физическая реальность?

Я горжусь тем, дорогой читатель, что вы остались со мной до последней главы. Мы проделали долгий путь от сверхгалактического макрокосма до субатомного микрокосма, встретившись с реальностью более величественной, чем я мог себе представить в детских мечтах, – реальностью с четырьмя уровнями параллельных вселенных.

Мое представление о том, как все это связано, отражено на рис. 13.1. В первой части книги мы занимались вопросом, насколько велико все сущее, и исследовали крупные масштабы. Мы живем на планете в галактике в такой вселенной, которая, как я полагаю, располагается в полном двойников мультиверсе I уровня, входящем в более разнообразный мультиверс II уровня в квантово-механическом мультиверсе III уровня из мультиверса IV уровня, содержащего все математические структуры. Во второй части мы задавались вопросом, из чего все состоит, и исследовали все меньшие масштабы. Мы сложены из клеток, состоящих из молекул, состоящих из атомов, состоящих из элементарных частиц – а те являются чисто математическими структурами в том смысле, что все свойства, которыми они обладают, являются математическими. Хотя мы пока не знаем, из чего состоят эти частицы (если они вообще из чего-то состоят), теория струн и ее основные конкуренты предполагают, что любые более мелкие «строительные блоки» также являются чисто математическими. В этом смысле две наши интеллектуальные экспедиции, хотя и были отправлены в противоположных направлениях – к очень большому и очень малому, – привели к одному и тому же месту: к царству математических структур. Хотя говорят, что все дороги ведут в Рим, обе дороги к реальности привели к математике. Это элегантное слияние отражает тот факт, что одна математическая структура может содержать другие, объясняя все открытые физикой математические закономерности как проявления или приближенные свойства величественной математической структуры, которая являет собой нашу внешнюю реальность. На самых больших и самых малых масштабах математическая природа реальности очевидна, тогда как на промежуточных масштабах, с которыми люди обычно имеют дело, ее трудно заметить[92].

Рис. 13.1. Когда мы спрашиваем, из чего все состоит, и изучаем все меньшие масштабы, то обнаруживаем, что мельчайшие “строительные блоки” материи – это математические структуры: объекты, свойства которых являются математическими. Когда мы спрашиваем, насколько велико все сущее, и переходим к все большим масштабам, мы приходим к тому же самому – царству математических структур: к мультиверсу IV уровня, охватывающему все математические структуры.

Случай реальности малого

Я нарисовал картину фундаментальной физической реальности такой, как я ее вижу. Лично я считаю эту реальность захватывающе красивой и величественной. Но не может ли эта картина вводить в заблуждение, а ее величие оказаться миражом? Действительно ли мы живем в мультиверсе? А может, сам этот вопрос глуп и лежит за пределами науки?

С самого появления представлений о мультиверсе их ждала скорая расправа: Джордано Бруно с его бесконечным мультиверсом сожгли в 1600 году на костре, а Хью Эверетт со своим квантовым мультиверсом в 1957 году не нашел работы в области физики. Я и сам почувствовал, что припекает, когда старший коллега предположил, что публикации, связанные с мультиверсом, погубят мою карьеру. Однако в последние годы произошли радикальные изменения. Все теперь сходят с ума по параллельным вселенным, они появились в книгах, в фильмах и даже в шутках: «Во многих параллельных вселенных вы сдали экзамен. Но не в этой».

Успех этих идей, конечно, не привел к консенсусу среди ученых, однако он сделал дискуссию о мультиверсе гораздо более тонкой и, на мой взгляд, интересной. Ученые перестали просто перекрикивать друг друга и искреннее пытаются понять оппонентов. Замечательным примером может служить недавняя антимультиверсная статья в журнале «Сайентифик американ», написанная одним из пионеров релятивизма Джорджем Эллисом. Я очень рекомендую ее прочитать[93].

Как отмечалось в гл. 6, мы используем термин «наша Вселенная» для обозначения физической области пространства, из которой свет успел дойти до нас за 14 млрд лет с момента нашего Большого взрыва. Говоря о параллельных вселенных, мы различаем четыре их уровня:

I уровень. Другие такие области, находящиеся далеко в пространстве, где наблюдаемые законы физики такие же, однако история разворачивалась иначе, поскольку она по-другому началась;

II уровень. Области пространства, в которых даже наблюдаемые законы физики оказываются другими;

III уровень. Параллельные миры в гильбертовом пространстве, где разворачивается квантовая реальность;

IV уровень. Совершенно не взаимосвязанные реальности, управляемые различными математическими уравнениями.

Джордж Эллис разбирает множество аргументов в пользу этих уровней мультиверса и показывает, почему все они сталкиваются с проблемами. Вот мое резюме его основных антимультиверсных аргументов:

1. Теория инфляции может быть ошибочной (или инфляция не вечна).

2. Квантовая механика может быть ошибочной (или не унитарной).

3. Теория струн может быть ошибочной (или не допускать множества решений).

4. Мультиверсы могут быть нефальсифицируемы.

5. Некоторые свидетельства в пользу существования мультиверса сомнительны.

6. Аргументы о точной настройке могут содержать слишком много допущений.

7. Это скользкий путь к еще более крупным мультиверсам.

(Джордж не упоминает в статье аргумент № 2, но я добавил его, поскольку, думаю, он и сам бы сделал это, выдели ему редактор более шести полос.)

Как я отношусь к этой критике? Как ни странно, я согласен со всеми семью утверждениями, и, тем не менее, с радостью поставлю на существование мультиверса все свои сбережения!

Начнем с первых четырех аргументов. Инфляция естественным образом порождает мультиверс I уровня (гл. 6), и если прибавить теорию струн с ландшафтом возможных решений, вы получите также и II уровень. Как было показано в гл. 8, квантовая механика в своей простейшей математической бесколлапсной («унитарной») форме дает III уровень. Так что если эти теории отброшены, то ключевые аргументы в пользу мультиверсов рушатся. Запомните: параллельные вселенные – это не теория, а предсказания определенных теорий.

Для меня ключевым моментом является то, что если теория научна, то правомерной научной деятельностью будет получение и обсуждение всех ее следствий, даже если они включают в себя ненаблюдаемые сущности. Чтобы теория была фальсифицируемой, нет нужды наблюдать и проверять все ее предсказания – достаточно хотя бы одного из них. Поэтому мой ответ на аргумент № 4 таков: научно проверяемыми являются наши математические теории, но не обязательно их следствия, и это совершенно нормально. Поскольку, как говорилось в гл. 6, общая теория относительности Эйнштейна успешно предсказала многие вещи, доступные наблюдению, мы также всерьез относимся к ее предсказаниям относительно вещей, которые мы наблюдать не можем, например относительно того, что происходит внутри черных дыр. Подобным образом, если нас до сих пор впечатляли успешные предсказания теории инфляции или квантовой механики, мы должны серьезно относиться и к иным их предсказаниям, включая мультиверсы I и III уровней. Джордж даже упоминает возможность того, что теория вечной инфляции может быть однажды отброшена: для меня это просто аргумент, подтверждающий научность теории вечной инфляции.