Математика космоса. Как современная наука расшифровывает Вселенную - Йен Стюарт

Число различных лоскут-состояний для лоскутов размером с наблюдаемую вселенную составляет примерно 10↑10↑122. Чтобы получить это число, для начала напишите 1 и 122 нуля после нее, что довольно просто; затем начните заново и напишите единицу и за ней это гигантское число нулей (1 со 122 нулями, или 10↑122 штук). (Не пытайтесь проделать все это дома. Во вселенной слишком мало частиц, не хватит ни на чернила, ни на бумагу, все закончится вскоре после начала работы.) Аналогичным образом можно получить, что ближайшая точная копия вас находится на расстоянии 10↑10↑128 световых лет. Для сравнения: у нас край наблюдаемой Вселенной находится менее чем в 10↑11 световых годах отсюда[106].

Неточные копии организовать проще, и они более интересны. Вполне может существовать лоскут, в котором найдется ваша копия, только с другим цветом волос, или другого пола, или с другим адресом где-нибудь по соседству, или в другой стране. Или, может быть, там вы премьер-министр Марса. Такие неполные совпадения встречаются чаще, чем точные копии, хотя их тоже чрезвычайно мало, и разделяют их большие расстояния.

Мы не можем посещать области, лежащие всего в нескольких световых годах от нас, не говоря уже о расстояниях в 10↑10↑128 световых лет, поэтому научно проверить эту теорию не представляется возможным. Определение лоскута исключает причинно-следственные связи между неперекрывающимися лоскутами, поэтому попасть отсюда туда невозможно. Может быть, какое-то теоретическое следствие этой теории можно было бы проверить, но надежда на это слабая; к тому же все будет зависеть от того, на основании какой теории делаются выводы.

* * *

Ландшафтная мультивселенная особенно интересна — ведь она могла бы решить давнюю космологическую головоломку, связанную с тонкой настройкой.

Идея проста. Шансы на то, что произвольная отдельно взятая вселенная будет иметь в точности нужные значения фундаментальных констант, могут быть маленькими, но это не препятствие, если вселенных будет достаточно много. При шансах 10↑47 к одному у вас будет ощутимая вероятность получить хотя бы одну вселенную, пригодную для жизни, если вы сделаете их 10↑47. Сделайте их еще больше, и вероятное число успешных попыток тоже возрастет. В любой такой вселенной — и только в них — жизнь может возникнуть, развиться, прийти к вопросу «для чего мы здесь?», выяснить, насколько это невероятно, и начать по этому поводу тревожиться.

На первый взгляд это похоже на слабый антропный принцип: очевидно, что единственные вселенные, в которых существа могут задаться вопросом «для чего мы здесь?», — это те вселенные, в которых жизнь возможна. Однако, по общему мнению, один этот факт не в состоянии разрешить проблему. Встает следующий вопрос: если существует лишь одна вселенная, как так получилось, что она сделала такой маловероятный выбор? Однако в контексте ландшафтной вселенной это не вопрос. Если сделать достаточно случайных вселенных, возникновение жизни по крайней мере в одной из них гарантировано. Это немного похоже на лотерею. Шанс на то, что миссис Смит из соседнего дома выиграет в лотерею в одном отдельно взятом выпуске, составляет (точнее, составляла в Великобритании до недавнего изменения правил) около одного шанса из 14 млн. Однако миллионы людей играют в лотерею, так что шанс на то, что кто-нибудь выиграет в лотерею, намного больше и составляет около двух третей. (В трети случаев не выигрывает никто, и приз переходит на следующий розыгрыш и добавляется к общей сумме.)

В ландшафтной мультивселенной жизнь выигрывает космологическую лотерею, скупив все билетики.

Технически ландшафтная вселенная — это вариант инфляционной вселенной, предсказанный теорией струн. Теория струн, в свою очередь, попытка объединить теорию относительности с квантовой механикой, заменив точечные частицы на крохотные многомерные «струны». Здесь не место вдаваться в детали, но у этой теории есть серьезная проблема: существует около 10↑500 различных способов сформулировать теорию струн. Некоторые ее варианты дают значения фундаментальных констант, близкие к их значениям в нашей Вселенной; большинство не дает таких значений. Если бы существовал какой-то волшебный способ выделить один конкретный вариант теории струн, мы могли бы предсказать фундаментальные константы, но в настоящий момент нет причин предпочесть какой-то один вариант другому.

Мультивселенная теории струн позволяет исследовать их все последовательно, одну за другой, — в чем-то это напоминает серийную моногамию. Если теоретик достаточно усердно делает пассы руками, квантовая неопределенность может позволить отдельные переходы от одного варианта теории струн к другому, так что наша единственная Вселенная будет брести, как пьяная, сквозь пространство струнно-теоретических вселенных. Константы близки к нашим, значит, жизнь может развиться. Выясняется, что эти фундаментальные константы могут также порождать очень долгоживущие вселенные, черты которых напоминают черные дыры. Так что последовательно изменяющаяся вселенная склонна держаться вблизи интересных мест — там же, где держатся подобные нам существа.

Это поднимает более тонкий вопрос. Почему получается, что пригодность для жизни и долгое время существования связаны? Ли Смолин предложил ответ для инфляционной вселенной: новые вселенные, отпочковавшиеся от старой посредством черных дыр, могут развиваться путем естественного отбора, приходя в конечном итоге к тем сочетаниям фундаментальных констант, которые не только делают жизнь возможной, но и дают ей достаточно времени, чтобы запустить процесс и усложниться в достаточной степени. Чудная идея, но неясно, как две вселенные могут конкурировать между собой, чтобы механизм дарвиновского отбора заработал.

Ландшафтная мультивселенная имеет определенное количество последователей, но, по словам Льюиса Кэрролла, это «максима потрясающая, но банальная». Так можно объяснить что угодно. Металлоидный киберорганизм с семью щупальцами, живущий во вселенной с совершенно иными фундаментальными константами, мог бы выдвинуть в точности этот же аргумент в пользу того, что его вселенная существует и самым точным образом настроена на металлоидную жизнь. Если теория предсказывает все возможные результаты, как можно ее проверить? Можно ли считать ее научной?

Джордж Эллис долгое время был скептически настроен по отношению к мультивселенной. Говоря об инфляционной вселенной, но добавляя при этом, что то же относится и к остальным ее типам, он писал: