Стивен Вайнберг - Всё ещё неизвестная Вселенная. Мысли о физике, искусстве и кризисе науке

С другой стороны, Мультивселенная должна состоять из огромного множества частей, поэтому такие величины, как масса кварков, космологическая постоянная Эйнштейна и другие физические константы, будут иметь широкий диапазон возможных значений. Весьма вероятно, что в большинстве этих частей Мультивселенной физические константы вроде массы кварков, космологической постоянной и даже, возможно, размерности пространства принимают значения, при которых возникновение жизни невозможно. Но при достаточно широком диапазоне значений этих констант, характерных для различных частей Мультивселенной, обязательно найдутся такие области, в которых может возникнуть жизнь. Очевидно, что не стоит удивляться и искать космической щедрости в том, что мы оказались в одном из таких благословенных миров, как не стоит искать признаки существования Божественного творца в том, что среди миллиардов планет, входящих в Галактику, наша эволюция произошла на одной из немногих, пригодных для жизни. Ну а где же еще нам быть, кроме как на планете, способной поддерживать условия для жизни?

Хокинг цитирует известное высказывание архиепископа Вены, который в 2003 г. обрушился с критикой на гипотезу Мультивселенной как нечто «выдуманное для отвлечения внимания от ошеломляющих научных доказательств высшего замысла». Неплохо. По словам Хокинга, гипотеза Мультивселенной предложена не для того, чтобы объяснить чудо тонкой подстройки. Он рассматривает два разных направления мысли, которые привели физиков к формулировке гипотезы Мультивселенной, и ни одно из них никак не было связано с обоснованием условий, необходимых для жизни.

Одно из направлений возникло в рамках хаотической теории инфляции, разработанной Андреем Линде. Инфляцией называется экспоненциально быстрое расширение Вселенной на ранней стадии ее существования, подобное росту суммы денег на банковском счете при условии начисления 100 % дохода каждые 10 –38с [77] 10 −38 — это число, в котором после десятичной точки идут 37 нулей и единица. . Современная наука считает, что такой экспоненциальный рост предшествовал более стабильной поздней стадии расширения Вселенной. Согласно первоначальной идее Алана Гута (которая до сих пор используется в большинстве расчетов), инфляция должна была происходить равномерно во всем пространстве. Однако ни одна теория не описывает подобную однородность. Кажется более естественным предположить, что на очень больших масштабах Вселенная, пронизанная бурно флуктуирующими полями, хаотична и что только по чистой случайности в некоторых областях пространства время от времени возникают условия, позволяющие им экспоненциально расширяться. В редких случаях такие области вырастают в нечто, составляющее нашу Вселенную, в которой возможно существование жизни.

Еще одна гипотеза о Мультивселенной пришла из квантовой механики — математической основы для всех областей физики. Самой большой странностью квантовой механики является так называемая суперпозиция состояний. Иногда (а точнее, почти всегда) частица не занимает какое-то конкретное положение в пространстве, а находится в суперпозиции, и тогда измерение положения частицы может дать любой из возможных результатов с той или иной вероятностью, в зависимости от природы суперпозиции. В принципе, как заметил в свое время Эрвин Шрёдингер, даже кот может быть в суперпозиции состояний, в одном из которых он жив, а в другом — мертв. Аналогично все мироздание может находиться в суперпозиции множества различных состояний, в которых физические константы, такие как масса кварков, принимают самые разные значения, и лишь малая доля этих состояний обеспечивает условия для возникновения жизни.

Все это лишь умозрительные гипотезы, но они не уникальны. Эти теории широко обсуждаются физиками. Хокинг занял несколько необычную позицию, выдвинув предположение о том, что Мультивселенная образовалась в результате квантово-механической суперпозиции состояний, поскольку на самой ранней стадии формирования Вселенной все ее четыре измерения были пространственными, а времени не существовало. Я даже не буду пытаться объяснять, как это устроено, поскольку не считаю эту гипотезу убедительной. Действительно, Хокинг показал, что для удобства вычислений при анализе процессов в ранней Вселенной можно математически преобразовать временное измерение в пространственное. Однако это не означает, что в ранней Вселенной время на самом деле было пространством. В 1950-х гг. другие теоретики, среди которых был Джулиан Швингер, рассчитали тонкие эффекты атомной физики и физики частиц, используя такое преобразование временно́го измерения в пространственное, однако полезность этого математического приема не изменяет того факта, что сегодня мы живем в мире, имеющем три пространственных измерения и одно временное.

В последние годы гипотеза Мультивселенной получила широкую поддержку благодаря развитию так называемой теории струн. Теперь принято считать, что все известные варианты теории струн и множества других теорий представляют собой приближенные решения некоторой неизвестной фундаментальной теории, которую Хокинг называет М-теорией. Эти приближенные решения описывают разные наборы частиц или полей или мембраны в пространственно-временных системах различных размерностей, характеризующихся разным набором фундаментальных физических констант. Предположительно эти многочисленные решения М-теории, реализуются в разных частях Мультивселенной.

Хокингу удается создать видимость, что эта фундаментальная теория понятнее, чем есть на самом деле, когда говорит, что она описывает 11-мерное пространство-время. Термин «М-теория» был предложен Эдвардом Виттеном в 1995 г. (Виттен никогда не утруждался объяснениями, что означает буква М.) М-теория Виттена действительно представляет собой 11-мерную теорию частиц и мембран, однако эта теория была предложена только как одно из множества приближенных решений неизвестной фундаментальной теории, но не как сама фундаментальная теория. У нас нет понимания, какой размерности должна быть эта основополагающая теория. Многие теоретики считают, что это не теория пространства-времени, а что сами пространство и время возникают только как приближенные решения фундаментальной теории.

Если мы так мало знаем об этой фундаментальной теории, то почему же считаем, что она должна существовать? В качестве аргумента Хокинг ссылается на то обстоятельство, что в ситуации, когда два варианта теории струн или других предлагаемых приближенных решений фундаментальной теории должны быть справедливы, тогда, как показывают расчеты, два решения согласуются друг с другом. (Эту важную мысль высказал Виттен в своей выдающейся лекции, прочитанной в 1995 г. в Университете Южной Каролины.) Хокинг использует очень полезную аналогию с картами разных регионов Земли. Мы можем разделить всю поверхность Земли на пересекающиеся области так, чтобы каждая область не превышала нескольких сотен километров в поперечнике, то есть была достаточно небольшой, и расстояния и направления, измеренные по такой карте, давали бы хорошее приближенное представление о действительных расстояниях и направлениях на поверхности Земли. Даже если мы не будем знать заранее, что все эти карты описывают единую цельную поверхность, мы сможем выяснить это, заметив, что карты любых двух перекрывающихся участков одинаково изображают то место, где они перекрываются. Поверхность Земли в рамках этой аналогии соответствует фундаментальной теории (М-теории Хокинга), а отдельные карты — разным приближенным решениям этой теории.