Двумерное существо, ползающее по плоской поверхности, может заподозрить наличие вертикального измерения, но вряд ли имеет шансы в него выйти. Нельзя ли по аналогии предположить, что рядом с нами существуют параллельные миры, которые мы тоже способны вообразить или вычислить, но пока не в состоянии пощупать?
Что такое параллельные вселенные, каждый понимает по-своему. В 1957 году принстонский физик Хью Эверетт развил в своей докторской диссертации идеи, которые позднее легли в основу многомировой интерпретации квантовой механики, предложенной Брайсом Девиттом. Она утверждает, что Вселенная расслоена на квантовом уровне и каждый акт измерения приводит к выбору одного из бесконечного множества таких слоев. Мне эта мысль кажется чрезвычайно плодотворной и правильной, хотя для большинства физиков это чистая эзотерика.
Вторая возможность состоит в том, что где-то существуют разные вселенные, не имеющие друг с другом ничего общего. Тут сразу возникает вопрос, где их искать, на который никто толком ответить не может. К тому же многие сторонники данной гипотезы предполагают, что эти миры существуют одновременно, что довольно-таки бессмысленно. В самом деле, если есть способ вложить их в одно и то же время, то они как-то взаимосвязаны и потому должны считаться частями одной и той же вселенной. А вот в многомировой интерпретации квантовой механики никакой одновременности не предполагается, и там эта гипотеза выглядит убедительней. Не случайно в последнее время ею заинтересовались многие специалисты по космологии и квантовой теории поля.
Уравнение вселенной
Есть и более утонченная версия, связанная с идеями Эверетта и Девитта. В квантовой космологии можно формально ввести волновую функцию вселенной, позволяющую вычислить вероятности различных состояний, в которых эта вселенная может пребывать. До начала 1980-х годов эта идея была не слишком популярной, поскольку мало кто верил в ее практическую полезность. Больше вселенной, по определению, ничего быть не может, так что при чем здесь квантовые волновые функции, изобретенные для описания процессов неизмеримо меньших масштабов? Но потом возникла инфляционная космология, и ситуация изменилась. Инфляционные модели допускают, что вся наша Вселенная могла родиться менее чем из миллиграмма материи, а в таком масштабе квантовая механика уже работает. Впервые это осознал академик Зельдович, но больше на интуитивном уровне. Потом Александр Виленкин сделал замечательную работу о возникновении Вселенной буквально из ничего. Аналогичные результаты получили Хартли и Хокинг, которые написали волновую функцию Вселенной, названную их именами, да и другие ученые подключились. В конце концов эта исследовательская программа получила признание, что укрепило позиции взглядов Эверетта и Девитта.
Многоцветие вселенной
Вернемся к инфляционному механизму, который запускает сверхбыстрый рост вселенной из почти точечного зародыша. Представим себе этот зародыш в виде шарика. Если этот шарик, условно говоря, одинаково окрашен по всему объему, можно предположить, что он сохранит одноцветность и после расширения. Иное дело, если он сделан из фрагментов самых разных цветов, — они растянутся, но сохранят цветовое разнообразие. В результате вселенная по завершении инфляции будет состоять из множества частей исполинских масштабов, каждая из которых будет окрашена в свой собственный цвет. Любая из этих частей будет настолько велика, что ее разумные обитатели не смогут получить информацию о том, что происходит за ее пределами. Поэтому с их точки зрения она будет полноценной вселенной, всеобъемлющей и самодостаточной. Такую ситуацию можно описать как сосуществование параллельных вселенных, имеющих общее начало, но уже не взаимодействующих друг с другом. Поскольку от этого начала естественно отсчитывать их возраст, можно физически осмысленно утверждать, что они существуют в одном и том же времени.
Конечно, цветная раскраска — это метафора. На самом деле речь идет о рождении параллельных вселенных с различными физическими законами, которое в инфляционной космологии не только возможно, но попросту необходимо. И для этого вовсе не требуется, чтобы наш родоначальный шарик обладал мозаичной окраской. Как я уже говорил, вроде бы естественно предположить, что монохроматичный зародыш в результате инфляции станет столь же монохроматичной вселенной. Тридцать лет назад я так и считал — и, как выяснилось, ошибался. Позднее удалось доказать, что инфляция с помощью квантовых фазовых переходов порождает области с разной раскраской, так что изначально одноцветная вселенная становится полихромной. Таким образом она собственными силами создает миры с разными физическими законами.
Бесконечный ряд миров
Эта модель получила новую жизнь в теории суперструн. На ее основе удалось показать, что общее число способов раскраски вселенной может быть экспоненциально большим, скажем, 10500! Так что разнообразие непохожих друг на друга параллельных миров инфляционного происхождения практически бесконечно.
Можно пойти еще дальше и предположить, что наш мир вложен в другое пространство с большим числом измерений. Если это так, то рядом с нами могут существовать истинно параллельные миры, отделенные большими или малыми дистанциями в других измерениях. Лет десять назад эта гипотеза была очень популярной, однако в последние годы ее кредит несколько упал. Впрочем, у нее до сих пор есть активно работающие сторонники.
И наконец, сейчас мы впервые в состоянии осмысленно обсуждать шансы рождения других миров с иными законами физики. Однако наше существование привязано к нашей собственной Вселенной и ее физическому устройству. Поэтому, изучая себя, мы что-то узнаем про ту часть мироздания, где мы обитаем. На основе этой логики можно интерпретировать многие экспериментально измеряемые параметры нашего мира, которые раньше объяснению не поддавались. Например, органическая жизнь была бы невозможной, если бы разница между массами нейтрона и протона всего на один процент превышала ту, которая реально существует. Должны ли мы считать, что Бог или природа в наших интересах специально распорядились кварк-глюонными взаимодействиями, чтобы масса этих частиц была именно такой и никакой иной? Концепция множественных миров дает куда более разумный ответ: нейтроны и протоны в принципе могут иметь и другие массы, но только во вселенных, непригодных для жизни нашего типа. В этом смысле она уже имеет большое количество экспериментальных подтверждений.
— Андрей Линде, профессор Стэнфордского университета,
один из авторов инфляционной космологии.