Вселенные: ступени бесконечностей: читать начало книги онлайн

Естественные вопросы, подсказанные здравым смыслом. Ответы на эти вопросы дает эвереттика — область знаний, изучающая многомирие по Эверетту.

Новые вселенные не возникают «из ничего» в момент наблюдения, они существуют в реальности так же, как существует, а не возникает из небытия, волновая функция. Электрон в любой момент времени находится в суперпозиции всех возможных состояний. И все эти состояния существуют реально, потому что ни одно из них не имеет преимуществ перед другими.

Сказанное относится не только к электрону, но и ко всей нашей Вселенной, и к каждой ее части, и к каждому из нас, потому что и электрон, и мы с вами, и вся Вселенная описываются волновыми функциями, решениями соответствующих уравнений Шредингера. Уравнения для изолированного электрона физики решать умеют, а для сложных систем — нет. Тем более — для систем, состоящих из триллионов элементарных частиц, как мы с вами или Вселенная. Но от того, что физики умеют или не умеют делать, мироздание не становится проще или сложнее — оно такое, какое есть. Это бесконечно сложная квантовая система, проявляющая себя бесконечным (или почти бесконечным) числом классических миров, один из которых мы и наблюдаем вокруг себя. Существуют и другие — как грани бесконечно сложного кристалла. Кстати, именно такой образ придумал для описания квантового мира российский физик Михаил Менский (2005), и в физической литературе этот «кристалл» носит название «кристалла Менского».

Каждый из нас обладает свободой воли. Каждый решает по утрам, например, налить кофе или чай, а может, позволить себе рюмку коньяка. Вы выбрали чай? Это означает, что и другие ваши решения существуют в Мультиверсе[3] — есть мир, в котором вы налили себе кофе, и мир, где вы опрокинули рюмочку коньяка.

Эвереттизм как область физики, изучающая исключительно эвереттовское многомирие (ветвящуюся мультивселенную), значительно изменился со времени первой статьи Эверетта, как изменилась теория эволюции по сравнению с «Происхождением видов» Дарвина. Российский ученый Юрий Лебедев, например, ввел в обиход понятие склеек, противоположное эвереттовскому ветвлению (Лебедев, 2000; Лебедев, 2009). Миры не только ветвятся, создавая неисчислимое многообразие эвереттовского Мультиверса, но и «склеиваются», пересекаются, и тогда можно наблюдать интересные феномены появления и исчезновения предметов. А в случае ментальных склеек мы можем «общаться» с самими собой в других ветвях Мультиверса, и тогда нас посещают неизвестно, казалось бы, откуда взявшиеся озарения и идеи.

Ступальский в своей монографии достаточно подробно анализирует книги Лебедева «Неоднозначное мироздание» (2000) и «Многоликое мироздание» (2009) и, в частности, подвергает серьезное критике аксиоматику. Согласно Лебедеву, идея ветвлений и склеек миров есть первая и вторая аксиомы эвереттики, то есть в доказательствах эти утверждения не нуждаются и являются, так же, как, скажем, первые четыре постулата Евклида, очевидными для всех, кто занимается исследованиями многомирий.

Ступальский утверждает, что аксиомами эти положения являются для достаточно ограниченного круга лиц — во всяком случае, являлись таковыми, когда книги Лебедева были опубликованы. Действительно, можно ли назвать аксиомами (самоочевидными утверждениями) положения области науки, в самом существовании которой сомневалось в те годы более половины физиков? В том, что между двумя точками можно провести прямую линию и притом только одну (первый постулат Евклида), каждый, независимо от своего образовательного уровня, может лично убедиться, не обнаружив ни единого отступления от применимости этой аксиомы. «Конечно, — признает профессор Ступальский, — существуют и гораздо более сложные для понимания утверждения, которые, тем не менее, принимаются как аксиомы группами исследователей — особенно это касается некоторых математических дисциплин, многие аксиомы которых непонятны „простым смертным“, для которых аксиомы Евклида так же самоочевидны, как восход солнца на востоке». Однако Ступальский утверждает, что существование ветвлений миров и, тем более, склеек, необходимо доказать экспериментально. Ступальский ссылается на то, что ветвление миров само является не первичным утверждением философствующего разума, но следствием решений уравнения Шредингера, которое и является начальной аксиомой не только эвереттики, но всей квантовой физики, поскольку не было выведено из какого бы то ни было более раннего уравнения или формулы, но предположено для устранения неустранимых, казалось бы, противоречий в физической картине мира.

Здесь уместно сказать несколько слов о дискуссиях в физике времен становления эвереттики, как первой по времени науки о многомирии. Многие физики, считавшие утверждения Эверетта фикцией, не признавали существование многомирия элементом научного рассмотрения по той причине, что наличие множества иных миров (ветвей) невозможно ни доказать, ни опровергнуть, и, следовательно, здесь нарушается один из законов науковедения Поппера: любая научная теория должна быть верифицируема (она может быть проверена) и фальсифицируема (она может быть опровергнута). Каким образом можно доказать или опровергнуть существование иных ветвей, если ветви эти существуют вне нашей реальности и, следовательно, не могут быть наблюдаемы? Ненаблюдаемые же явления не являются предметом научного рассмотрения. Исходя из этой простой мысли, значительная часть физиков конца ХХ века отказывалась принимать эвереттовскую концепцию ветвлений.

Именно по этой причине эвереттике оказалась необходима аксиоматика. Уравнение Шредингера для конкретной частицы допускает множество решений, из которых наблюдаемо лишь одно. Существуют ли физически остальные решения уравнения Шредингера после того, как эксперимент над частицей произведен и результат известен? Либо да, либо нет. Если нет — верна копенгагенская интерпретация о коллапсе волновой функции в момент наблюдения. Если да — верна интерпретация Эверетта о существовании множественных вселенных. Выбор между этими идеями не обусловлен какими-либо известными в те годы реальными экспериментами. Это был свободный выбор, который должен был сделать для себя каждый физик, чтобы не впасть в когнитивный диссонанс, продолжая свои исследования. Поэтому можно говорить о том, что идея ветвления вселенных действительно являлась в первые годы ХХI века аксиоматической — результатом не эксперимента, не логического построения (гипотезы, которую можно доказать или опровергнуть), но уверенности в том, что данное утверждение однозначно справедливо.

Аксиоматично и утверждение о том, что вселенные не только ветвятся в каждый момент элементарного взаимодействия, но и имеют возможность «склеиваться», взаимодействовать друг с другом. Идея склеек даже более аксиоматична (если аксиомы можно сравнивать по уровням), чем идея ветвления, поскольку уравнение Шредингера в те годы предполагалось линейным, и как следствие, все его решения (ветви) друг от друга не зависели, из чего следовало, что и миры, этими решениями описываемые, не имеют возможности друг с другом взаимодействовать.

Впоследствии эпизоды ветвлений и склеиваний миров многократно наблюдались и подтверждались экспериментально, о чем пойдет речь далее. Какой смысл сейчас рассматривать аксиомы, экспериментально подтвержденные? Тем не менее, подобный анализ имеет онтологическое значение, и вот почему. Исторически сложилось, что копенгагенская интерпретация вполне удовлетворяла практически всех исследователей — как теоретиков, так и экспериментаторов. Математический аппарат квантовой физики прекрасно справлялся со всеми расчетами. Практически для всех физиков в те годы это было ясным указанием на то, что квантовая механика прекрасно работает, и, следовательно, нет никакой необходимости менять что-то в копенгагенской интерпретации. Оставалось непонятным, с чего бы волновой функции коллапсировать в момент наблюдения, но с этой неопределенностью, считавшейся чисто философской, вполне можно было примириться.

Идея Эверетта не изменила уже существовавших квантовых расчетов, не должна была изменить их в будущем, и, к тому же, в силу линейности уравнений Шредингера, ветви Эверетта не имели возможности взаимодействовать друг с другом, и, следовательно, экспериментаторы не имели ни малейшего шанса в опыте доказать (или опровергнуть) предположение о ветвлении мироздания.

Если существовала бы возможность рассчитать наблюдаемые явления, вытекавшие исключительно из идеи Эверетта, то наука о многомирии не нуждалась бы в аксиоматике, ее результаты были бы просто следствием, вытекавшим из уравнений Шредингера. Ситуация, однако, была скорее похожа на ту, что возникла в геометрии, когда математики задумались над недостаточной убедительностью пятого постулата Евклида. Действительно, пятый постулат (о параллельности) имел тот же недостаток, что впоследствии копенгагенская интерпретация квантовой физики: как и эта интерпретация, пятый постулат исключал все прочие возможности поведения прямых параллельных линий, кроме единственной: параллельные не пересекаются. Аналогичный коллапс возможностей, верно? И невозможность доказать противное, поскольку невозможно проследить поведение прямых в бесконечности, как невозможно проследить дальнейшую судьбу ответвленных миров в «физической геометрии» Эверетта.

Выход был — в принятии иных постулатов. Лобачевский принял аксиому о том, что параллельных прямых не существует, и в бесконечности все так называемые прямые расходятся друг от друга. Риман принял противоположные постулат о том, что параллельных прямых не существует, и все так называемые параллельные прямые в бесконечности пересекаются. Из этих постулатов, которые были рассмотрены вовсе не из практических соображений, а исключительно из чистой возможности, возникли новые типы геометрий. То, что сначала выглядело игрой изощренного математического ума, но впоследствии оказалось физической реальностью.

Аналогичная ситуация сложилась в квантовой физике после работы Эверетта. Копенгагенская интерпретация прекрасно «работала», как прекрасно «работал» многие столетия пятый постулат Евклида. Как и пятый постулат, копенгагенская интерпретация имела «слабое место» — необходимость единственности параллельных и необходимость единственности волновой функции. Как Лобачевский принял постулат о том, что параллельных прямых не существует, и реально так называемые параллельные расходятся, так и Эверетт пришел к выводу, что «расходятся», ветвятся миры, описываемые разными решениями уравнений Шредингера.

Продолжая аналогию, можно сказать, что идея Лебедева о склейках разветвившихся миров аналогична постулату Римана о том, что параллельных прямых не существует, поскольку они в бесконечности пересекаются.

Постулаты Римана и Лобачевского в доказательствах, конечно, не нуждались. Равно не нуждались в доказательствах постулат Эверетта о ветвлении миров и постулат Лебедева об их склейках. Принятие постулатов — дело внутренней веры каждого исследователя.

Надеюсь, теперь читатель понимает, почему я выше резко возражал против использования в физике термина «параллельные миры» как искажающего физическую реальность. Как в геометриях Римана и Лобачевского нет параллельных прямых, так нет и параллельных миров в интерпретациях Эверетта и Лебедева. В первом случае миры «расходятся», ветвятся из некой точки бифуркации. Во втором случае миры могут в разных точках пространства-времени пересекаться, «склеиваться».

Принятие той или иной аксиомы (постулата) — проблема не физического анализа. На первых этапах развития аксиоматических теорий это вопрос веры и взаимопонимания.

Аксиоматическая природа эвереттики стала одной из причин того, что физике (особенно экспериментальной) понадобились десятилетия для принятия этой важной дисциплины в ареал общепринятых физических теорий. Не конкретные наблюдения (которые, конечно, были впоследствии проведены, иначе мы сейчас жили бы в другой ветви многомирия) привели к принятию эвереттики философами, физиками и историками науки, но именно красота аксиоматики и внутреннее совершенство эвереттических построений (затем пришло и внешнее оправдание в виде наблюдательных и экспериментальных подтверждений).

Безусловно, отдельным типом многомирия является множество миров, возникающих в результате инфляционного расширения Вселенной в процессе Большого взрыва. Желающих более подробно узнать, что такое космологическая инфляция, отсылаю к многочисленным популярным описаниям этого явления. Рекомендую, например, книги Грина (2011) и современный анализ в работе Houston & Wexford (2052).

В чем принципиальное отличие инфляционного многомирия от лоскутного? Инфляционные пузырьки-вселенные возникают в результате эволюции первичного инфляционного образования. Пузырьки-вселенные связаны общим эволюционным процессом со всеми предшествовавшими мирами-пузырьками (и следовательно — с последующими также, поскольку все вновь возникающие вселенные связаны с предшествовавшими взаимными связями). Но еще более важной особенностью инфляционного многомирия является то обстоятельство, что пузырьки-миры — это новые вселенные с собственным пространством-временем, а потому законы физики, действующие в пределах одного пузырька-мира, не распространяются на другой пузырек-мир. Топологически две любые вселенные-капли, возникшие в процессе общей инфляции, могут располагаться внутри друг друга, вне друг друга, пересекаться в множестве точек и так далее. Каждая капля-вселенная практически мгновенно достигает размеров, сравнимых с нашей Вселенной, и при этом мы не можем говорить о том, что эта вторая капля располагается вне границ нашей Вселенной, как не можем говорить и о том, что эта вторая капля располагается внутри нашей Вселенной. Эти две вселенные могут, с точки зрения математики, занимать одно и то же пространство-время, никак друг с другом не взаимодействуя. Но не исключается и вариант, когда эти две вселенные могут взаимодействовать, и для такого типа «межкапельных» взаимодействий, очевидно, неприменим постулат Эйнштейна о скорости света, как пределе скоростей. Принцип относительности безусловно действует в каждой капле отдельно, но неприменим при межкапельных (межмировых) взаимодействиях. Именно поэтому мы можем говорить, что инфляционное расширение бесконечно порождает новые миры с собственным пространством-временем (или отсутствием пространства-времени, поскольку существуют вселенные, не обладающие четырьмя известными нам координатами.

Развитие в восьмидесятых годах ХХ века теории струн, суперструн, а затем, как следствие, теории бран, привело к открытию еще одного вида многомирий — струнной или бранной мультивселенной. Читатели, желающие углубить свои познания в области теории струн и бран, вполне могут ограничиться чтением монографии Ступальского, где в очень доступной и, в то же время, четко научной форме приведены основные положения этой самой популярной теории конца ХХ — начала ХХI века. Ступальский справедливо отмечает, что любая из многочисленных вариаций струнных теорий (равно, как и теорий бран, супербран и пр.) с неизбежностью приводит к большому числу многомирий. Наша Вселенная, согласно струнной теории, существует (во всяком случае, ее существование может быть описано) на одной из «длинных» суперструн или на одной из бран, обладающих соответствующей нашей Вселенной числом размерностей. Поскольку число различных струн и (или) бран, по крайней мере, больше единицы, а в принципе, может, даже по первым, не очень надежным, оценкам, достигать непредставимого числа 10 500 (многие исследователи говорят о бесконечно большом количестве), и на каждой струне (бране) существует своя вселенная со своими физическими законами, то понятно, что существует тип многомирия, который можно назвать суперструнной (бранной) мультивселенной.

Физика бранной мультивселенной может существенно отличаться от физики инфляционной мультивселенной, но есть между ними нечто общее — а именно, взаимодействие миров на бранах подчиняется специфическим законам, отличающимся от законов физики, действующих внутри каждой из таких единичных вселенных. Любые две (и более) бранные вселенные могут вступать во взаимодействие (аналогично склейкам в эвереттовском многомирии), любая бранная вселенная может порождать новые бранные вселенные (аналогично ветвлениям в эвереттовском многомирии). Происходит это потому, что одномерные струны, двух-, трехмерные браны находятся внутри пространства с большим числом размерностей, и пространство это населено множеством (в пределе — бесконечным) других струн и бран.

Взаимодействия бран порождают еще один тип многомирия — циклическую мультивселенную. Впрочем, я полагаю, что в данном случае физика все же имеет дело не с новым видом многомирия, а все с той же бранной мультивселенной, где, в результате столкновения (или иного взаимодействия) бран возникают вселенные, эволюционирующие затем независимо вплоть до очередного столкновения (взаимодействия) с очередной браной. Профессор Ступальский предпочитает не замечать (вслед за многими физиками) того обстоятельства, что циклическая мультивселенная есть лишь частный случай бранного многомирия, и в списке известных видов многомирий отводит циклической мультивселенной отдельную строку. Не думаю, что такой подход является целесообразным, хотя готов согласиться с профессором Ступальским в том, что при современном взгляде на многомирие многомирий (о чем речь пойдет ниже) выделение подсистемы из системы в отдельную систему не влияет, по крайней мере, ни на описание самого многомирия данного типа, ни даже на количество многомирий в метамире, поскольку это количество или бесконечно (по одним оценкам), или приближается к бесконечности (по другим оценкам). Мое замечание имеет скорее эпистемологическое значение — точность классификации нужна скорее науковедению, нежели конкретным физическим расчетам конкретных многомирий.

Дотошный читатель мог бы мне возразить, что, в таком случае, и ландшафтная мультивселенная также не является принципиально иным типом многомирия по отношению к бранной мультивселенной, поскольку это результат применения теории струн к инфляционной космологии — то есть, по сути, объединение двух типов многомирий и является для них надсистемой (аналогично тому, что циклическая мультивсиленная является подсистемой для системы бранных мультивселенных). Однако нужно отметить, что надсистема по отношению к системе является принципиально новым типом образований, она обладает набором закономерностей, которые могут не действовать на уровне системы. Объединив в себе инфляционные и бранные мультивселенные, ландшафтное многомирие становится сверхсистемой, обладающей дополнительными измерениями, что приводит к возникновению и взаимодействию различных пузырьков-вселенных, существование которых невозможно, соответственно, ни в инфляционном, ни в бранном многомирии. Ландшафтное многомирие предоставляет принципиально новые возможности, что, естественно, дает классификатору право назвать ландшафтное многомирие еще одним типом мультивселенной.

Нужно отметить крайне неудачный выбор названия, из-за которого (особенно в научно-популярной литературе) читатель часто путает ландшафтное многомирие с лоскутным. Названия, однако, приживаются независимо от того, насколько они соответствуют называемым объектам, и с этим приходится мириться — но всегда помнить об отличии.

Еще одну строку в списке известных (описанных) в начале ХХI века мультивселенных занимает голографическое многомирие. Голограмма есть запись информации на неком n-мерном пространстве, которое полностью воссоздает вселенную в пространстве n+1 измерений. Нам известны и широко применяются в быту записи на двумерной плоскости (голографические диски), воссоздающие полностью адекватное трехмерное изображение объекта. Аналогично мы можем считать, что наша трехмерная Вселенная есть голограмма, информация о которой записана на двумерной поверхности, охватывающей Вселенную (возражение, что наша Вселенная может быть открытой и бесконечной, не принимаются, поскольку и охватывающая ее двумерная поверхность может быть бесконечно большой и находиться на бесконечно большом расстоянии).

Информационно поверхность и голограмма абсолютно идентичны, физически же представляют собой разные миры (вселенные), поскольку обладают различным числом размерностей. Голографическое многомирие действительно является принципиально иным, по отношению к уже описанным, типом многомирий.

Чего не могу сказать еще о двух типах многомирий, содержащихся в спике Ступальского, а ранее — в числе многомирий, рассмотренных, например, в книге Грина (2011). Так, восьмым типом многомирий, по Грину и Ступальскому, является так называемое «смоделированное многомирие», то есть искусственное многомирие, система вселенных, созданных искусственно по формулам и принципам других, ранее перечисленных многомирий.

[3] До тридцатых годов ХХI века в англоязычной литературе для обозначения многомирия использовалось слово Multiverse в противоположность Universe (Вселенная). В русской транскрипции использовалась калька: Мультиверс. В тридцатых годах, с появлением работ, рассматривавших системы многомирий различных типов (многомирия многомирий), в английском языке устоялось выражение Multiworlds, соответствующеее русскому «многомирие многомирий».