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

Смоделированная и окончательная мультивселенные — это лошадки другой масти; эти мультивселенные не возникают из каких-либо определённых физических теорий. Однако у них тоже есть потенциал для изменения характера наших вопросов. Математические законы, управляющие отдельными вселенными в этих мультивселенных, варьируются. Таким образом, подобно варьированию начальных условий и фундаментальных констант, варьирование законов лишает смысла вопрос о том, почему здесь действует тот или иной закон. Разные вселенные имеют разные законы; у нас действуют те законы, которые действуют, потому что они среди тех, которые не противоречат нашему существованию.

В общем и целом мы видим, что модели мультивселенных, собранные в табл. 11.1, сводят к прозе три первостепенных вопроса стандартного научного подхода, которые кажутся глубоко мистическими в одновселенном подходе. Начальные условия, фундаментальные константы и даже математические законы в разных мультивселенных больше не нуждаются в объяснении.

Следует ли доверять математике?

Нобелевский лауреат Стивен Вайнберг однажды написал: «Наша ошибка не в том, что мы слишком серьёзно воспринимаем наши теории, а в том, что мы недостаточно серьёзно к ним относимся. Всегда тяжело осознавать, что числа и уравнения, с которыми мы играемся на письменном столе, имеют какое-то отношение к реальному миру».{102} Вайнберг имел в виду пионерские результаты Ральфа Альфера, Роберта Германа и Георгия Гамова по реликтовому излучению, описанные в главе 3. Хотя предсказанное излучение является прямым следствием общей теории относительности и принятой космологической физики, о нём стали говорить только после повторного теоретического открытия, через дюжину лет, и после его счастливого экспериментального наблюдения.

Разумеется, слова Вайнберга не следует воспринимать буквально. Хотя на его письменном столе лежат неординарные уравнения той математики, которая оказалась существенной для описания реального мира, но далеко не каждое уравнение, с которым мы, теоретики, возимся, поднимается до этого уровня. Определить, какая математика важна в отсутствие убедительных экспериментальных и наблюдательных результатов, — это столь же искусство, сколь и наука.

Действительно, этот вопрос является главным во всём, что мы обсуждали в этой книге; он также повлиял на выбор её названия. Широта выбора различных гипотез мультивселенных (табл. 11.1) может свидетельствовать о целой панораме скрытых реальностей. Однако в названии этой книги фигурирует реальность в единственном числе, что отражает уникальность исключительно глубокого смысла, стоящего за всеми ними: способность математики выявлять скрытые истины об устройстве мира. Научные открытия на протяжении нескольких столетий выявили это со всей очевидностью. Монументальные перевороты идей в физике неоднократно возникали только благодаря математике. То, как обхаживал математику сам Эйнштейн, как раз является показательным примером.

Когда в конце 1800-х годов Джеймс Клерк Максвелл осознал, что свет — это электромагнитная волна, его уравнения показали, что скорость света должна быть равной примерно 300 000 километров в секунду — очень близко к измеренному в экспериментах значению. Однако уравнения оставили без ответа следующий вопрос: 300 000 километров в секунду по отношению к чему? В качестве паллиативного решения было предложено, что существует невидимая субстанция — «эфир», — пронизывающая всё пространство, которая задаёт незримую систему координат. Но в самом начале двадцатого столетия Эйнштейн доказал, что учёным следует воспринимать уравнения Максвелла более серьёзно. Если уравнения Максвелла не используют систему координат, то в ней вообще нет никакой необходимости; скорость света, настойчиво утверждал Эйнштейн, составляет 300 000 километров в секунду по отношению к чему угодно. Хотя подробности этого уже имеют лишь исторический интерес, я привожу данный эпизод с важной целью: любому было доступно изучить уравнения Максвелла, но лишь гений Эйнштейна смог охватить их целиком. Осознав это свойство уравнений Максвелла, Эйнштейн сформулировал специальную теорию относительности, ниспровергнув многовековые размышления о пространстве, времени, материи и энергии.

В течение последующего десятилетия, развивая общую теорию относительности, Эйнштейн близко познакомился с многочисленными разделами математики, которые большинство физиков того времени знало плохо или не знало вообще. Нащупывая путь к окончательным уравнениям общей теории относительности, Эйнштейн проявил огромное мастерство в объединении разных математических конструкций твёрдой рукой физической интуиции. Спустя несколько лет, узнав хорошие новости о том, что наблюдения солнечного затмения 1919 года подтверждают предсказания общей теории относительности об искривлении траектории света от звёзд, Эйнштейн самоуверенно заявил, что если бы результаты наблюдений оказались другими, то ему «было бы очень жаль дорогого Господа, так как теория верна». Я уверен, что убедительные данные, противоречащие общей теории относительности, изменили бы настрой Эйнштейна, но это замечание хорошо отражает то, как набор математических уравнений, с их последовательной внутренней логикой, присущей им красотой и возможностью обширного применения, может излучать реальность.

Тем не менее, был предел тому, насколько сильно Эйнштейн желал следовать своим собственным математическим уравнениям. Эйнштейн не воспринимал общую теорию относительности «достаточно серьёзно», чтобы поверить в предсказанные ею чёрные дыры или в предсказанное расширение Вселенной. Как мы видели, другие, включая Леметра, Шварцшильда и Фридмана, восприняли уравнение Эйнштейна более глубоко, нежели он сам, и их достижения задали курс, которому следуют космологические исследования уже почти сто лет. Сам Эйнштейн, наоборот, в течение последних примерно двадцати лет своей жизни полностью погрузился в математические расчёты, увлечённо занимаясь построением единой теории физики. Оценивая эту работу на основе того, что нам известно теперь, трудно удержаться и не сделать вывод, что в течение этих лет Эйнштейн был слишком увлечён — можно сказать, был ослеплён — лесом уравнений, в которые он был постоянно погружён. Поэтому даже Эйнштейн в разные моменты его жизни принимал неверные решения относительно того, к каким уравнениям относиться серьёзно, а к каким нет.

Третья по счёту революция в современной теоретической физике, квантовая механика, является другим примером, прямо относящимся ко всему, что рассказано в этой книге. Шрёдингер выписал своё уравнение распространения квантовых волн в 1926 году. В течение десятилетий это уравнение считалось применимым только на малых расстояниях, к молекулам, атомам и частицам. Но в 1957 году Хью Эверетт воплотил напутствие Эйнштейна по оценке максвелловских уравнений, данное за пол века до этого: воспринимайте математику серьёзно. Эверетт доказал, что уравнение Шрёдингера должно быть применимо ко всему, потому что всё, что материально, независимо от размера, сделано из молекул, атомов и субатомных частиц. Как мы видели, это привело Эверетта к многомировому подходу к квантовой механике и квантовой мультивселенной. Более чем пятьдесят лет спустя мы по-прежнему не знаем, верен ли подход Эверетта. Но если воспринимать математический аппарат квантовой теории серьёзно — полностью серьёзно, — возможно, что Эверетт стал первооткрывателем одного из наиболее глубоких направлений научного исследования.

Другие модели мультивселенных также основываются на убеждении в том, что математика плотно вплетена в ткань реальности. В модели окончательной мультивселенной эта идея доведена до самого конца; согласно окончательной мультивселенной, математика является реальностью. Но даже при не столь радикальной точке зрения на характер взаимосвязи между математикой и реальностью другие модели мультивселенной (см. табл. 11.1) также были вызваны к жизни благодаря числам и уравнениям, над которыми колдуют теоретики за своими письменными столами — а также пишут в блокнотах, на досках, программируют на компьютерах. Даже если мы будем думать об общей теории относительности, квантовой механике, теории струн или математических методах в более широком контексте, то содержимое табл. 11.1 возникнет только в том случае, если мы допустим, что математические теоретизирования могут проявить скрытые истины. Только время покажет, воспринимаются ли на такой линии рассуждений соответствующие математические теории слишком серьёзно или, возможно, недостаточно серьёзно.

Если что-то или все из тех математических идей, которые толкнули нас на мысли о параллельных мирах, окажется важным для описания реальности, то мы сможем дать определённый ответ на знаменитый вопрос Эйнштейна о том, имеет ли Вселенная те свойства, какие имеет, просто потому, что другие вселенные невозможны? И ответ будет таков — нет. Наша Вселенная не является единственно возможной. Её свойства могли бы быть другими. Во многих моделях мультивселенных свойства других вселенных могут быть другими. В свою очередь, поиск фундаментальных объяснений того, почему определённые вещи таковы, каковы они есть, станет бессмысленным. Вместо этого в нашем понимании бескрайнего космоса прочное место займут статистическая вероятность или чистая случайность.