Вселенные: ступени бесконечностей: читать начало книги онлайн

Важен, однако, принцип — с помощью эксперимента Элицура-Вайдмана оказалось возможно доказать существование многомирия!

Кроме того, если в многомирии возможно что-то измерять, никак с предметом не контактируя, то наверняка существуют и способы увеличить вероятность нужного измерения?

Однако, прежде предстояло осуществить мысленный эксперимент Элицура-Вайдмана на практике и доказать экспериментально, что хотя бы в четверти случаев можно что-то измерять, ничего не измеряя. Увидеть, не видя, и доказать, что Эверетт прав.

В 1994 году такой эксперимент был поставлен Полом Квятом из университета в Иннсбруке и Томасом Герцогом из Женевского университета (Kwiat et al., 1995). Они действительно использовали для опытов интерферометр с четырьмя зеркалами, как предлагали Элицур с Вайдманом. Правда, вместо бомбы взяли все же обычное зеркало — не взрывать же установку, а с ней и всю лабораторию, в трех случаях из четырех, если Элицур с Вайдманом правы!

И все получилось так, как предсказывали израильские физики. В каждом четвертом эксперименте Квят и его сотрудники зафиксировали присутствие зеркала, хотя фотон этого зеркала не касался!

Таким образом, многомирие по Эверетту получило первое подтверждение.

Квят и его сотрудники сделали, однако, и следующий шаг. Если удлинить схему и поставить восемь зеркал вместо четырех, то вероятность зафиксировать присутствие невидимой бомбы (зеркала) должна, согласно теоретическим выкладкам, увеличиться вдвое и достичь 50 %. Физики построили новую установку и действительно довели количество «обнаружений исправной бомбы» до 50 %.

Квят полагал, что большего достичь не удастся. Скептицизм ученого развеял Марк Казевич из Стенфордского университета. Во время своего пребывания в Иннсбруке Казевич обсудил с Квятом самые разные варианты экспериментов, и ученые пришли к заключению: в принципе, можно построить такую установку, где вероятность обнаружения «бомбы», никак ее не касаясь, окажется сколь угодно близка к 100 %! То есть, не существуют, по идее, никакие природные ограничения для создания аппаратуры, которая, например, давала бы изображение реального предмета, никак его при этом не освещая и не получая от него никакой информации.

Для следующего своего эксперимента Квят с сотрудниками (в числе которых был теперь и Казевич) построили установку, работавшую на другом принципе и использовавшую не просто отражающие и наполовину поглощающие зеркала, а зеркала, меняющие поляризацию падающих на них фотонов. Установка значительно усложнилась, но уже предварительные результаты опытов, проведенных в лаборатории в Лос-Аламосе, показали: вероятность обнаружения необнаружимого составляет 70 %. Квят и его сотрудники доказали (напомню: это было еще в середине девяностых годов прошлого века), что более чем две трети физических измерений могут быть бесконтактными (Kwiat et al., 1995).

Обратите внимание: речь уже не шла о том, существует ли многомирие по Эверетту, или это красивая, но бесполезная гипотеза. Задача теперь стояла — как можно эффективнее использовать многомирие на практике.

В физике очень часто случается так, что быстро преодолеваются первые, не самые трудные, препятствия, а потом тянутся годы (порой — десятилетия), пока удается добиться надежного, применимого на практике, эффекта.

Прошло более десяти лет, пока в экспериментах группы японских ученых Цегая и Намикаты (2010) удалось бесконтактным способом обнаружить до 88 % невидимых объектов, которых не коснулся ни один фотон. Тем временем бразильские ученые Сант-Анна Адонаи и Буэно Оттавио (Adonai & Ottavio, 2010) обобщили метод Элицура-Вайдмана и описали эксперимент, в котором для бесконтактных измерений использовали не фотоны, а волны Де-Бройля (и этот вариант еще более увеличил область бесконтактных измерений).

Пол Квят назвал метод бесконтактных измерений квантовой магией. Это действительно выглядит, будто магическое действо: способность видеть, не видя. Но на самом деле все необходимые идеи и возможности были уже заложены в квантовой физике, ведь природа квантовых измерений известна с тридцатых годов прошлого века, а теория Эверетта появилась в 1957 году — сто лет назад.

Блестящие эксперименты Квята, Цегая, Намикаты, Адонаи и Оттавио доказали вполне определенно: мы живем в эвереттовском многомирии.

Глава 4

Абсолютный антропный принцип

В 2013 году были опубликованы результаты измерений температуры реликтового излучения в разных точках неба (по данным космической обсерватории Plank), и неожиданно оказалось, что это излучение не так однородно, как представлялось прежде. Видны были странные области с пониженной температурой реликтового фона. Была выдвинута гипотеза (Kleban, Levi & Sigurdson, 2013): наша Вселенная столкнулась с другой, соседней, вселенной, результат этого столкновения мы и наблюдаем. Тогда еще не было понятно, о каком типе многомирия идет речь: выбор был между инфляционным или лоскутным (возможно, и ландшафтным) многомирием.

Многомировое описание мироздания позволило разобраться еще с одним противоречием, которое «путалось под ногами» ученых более чем полвека. это обнаруженная в середине ХХ века так называемая «тонкая подгонка» мировых постоянных, из-за которой существование человеческой цивилизации оказывалось настолько маловероятным явлением (если считать явление природным), что зарождение жизни за время существование Вселенной можно было считать попросту невозможным.

Первые упоминания о «тонкой подгонке» и о принципе, который впоследствии был назван антропным, можно найти в книге советского философа М. Идлиса (1958).

В становлении же современного «максимального антропного принципа» важнейшую, если не определяющую роль играют работы российских физиков Алкина (2007) и Хэмлина (1936).[5]

Во время работы над докторской диссертацией в Книбридже в 2004 году Алкин обнаружил в библиотеке университета практически не известную серию статей своего соотечественника П. Хэмлина, опубликованную в середине тридцатых годов ХХ века. Похоже, что в этих работах Хэмлин впервые попытался описать Вселенную (известную в те годы в единственном числе, никаких идей о физическом многомирии еще не существовало), как единую квантовую систему. Чрезвычайно сложную, конечно, но не бесконечно сложную, поскольку Хэмлин был космологом, а не квантовым физиком, и придерживался концепции закрытой Вселенной, совершавшей циклы сжатия и расширения, согласно известной тогда теории Александра Фридмана. Поскольку Вселенная является квантовой системой, — писал Хэмлин, — она должна описываться некоторым конечным составом квантовых чисел, аналогично любой квантовой частице. На основании этой здравой идеи Хэмлин делает далеко не тривиальный вывод: будучи квантовой системой, Вселенная должна описываться одной из квантовых статистик: Ферми или Бозе-Эйнштейна. Напомню: частицы, описываемые статистикой Ферми (фермионы), не могут находиться одновременно в тех же квантовых состояниях, что другие частицы, в отличие от бозонов (частиц, подчиняющихся статистике Бозе-Эйнштейна). Поставив Вселенную в один ряд с «обычной» (пусть и чрезвычайно сложной) квантовой системой, Хэмлин неизбежно приходит к двум очень важным вопросам. Первый: если наша Вселенная является по своим свойствам бозоном (или фермионом — Хэмлин не мог дать однозначного ответа), то может ли существовать другая вселенная, подчиняющаяся статистике Бозе-Эйнштейна? Это был существенный шаг к идее многомирия, сделанный задолго до работы Эверетта и на основании скорее философском, нежели (как у Эверетта) сугубо физическом.

Хэмлин не отвечает в своих работах на вопрос: существует ли многомирие, но факт, что он этот вопрос задает, делает его работы важными вехами на пути многомировой физики. Более того, следующий вопрос, задаваемый Хэмлином, делает его автором и антропного принципа — на несколько десятилетий раньше исследований Идлиса (1958) и Картера (1973). Идеи Хэмлина для своего времени были скорее фантастическими, нежели сугубо физическими. К тому же, автор писал космологические статьи, которыми не интересовались специалисты в области квантовой физики — видимо, по этой причине работы эти остались не замеченными, что, несомненно отразилось и на состоянии эвереттики. Цитирую Хэмлина:

«Поскольку каждая частица описывается своей волновой функцией, то и ансамбли частиц, в том числе Вселенная, тоже могут быть описаны волновыми функциями. Следовательно, Вселенная представляет собой либо фермион, либо бозон… Вселенная может быть описана волновыми функциями Шредингера, как частица, подчиняющаяся статистике Ферми-Дирака».

И далее:

«Поскольку Вселенная — фермион, то отсюда с неизбежностью следует, что определенные классы объектов могут существовать лишь в единственном числе, поскольку возникновение множества (начиная с эн, равного двум) таких объектов (классов объектов) нарушает статистику Ферми-Дирака, которой подчиняется…»

Основываясь на работах Хэмлина, Алкин сформулировал в 2008 году так называемый абсолютный антропный принцип, вызвавший в свое время довольно широкую дискуссию и в результате отвергнутый научным сообществом, что было, как мне представляется, серьезной ошибкой. Разумеется, абсолютный антропный принцип относится к тому типу постулатов, который, как многие уверены, хотя может быть подтвержден или опровергнут в принципе, все же требует для этого времени, сравнимого (или равного) с временем жизни Вселенной, и, следовательно, является вполне умозрительным и скорее психологически важным, нежели физически точным. С этим выводом я согласен, что никак не отменяет необходимости отметить абсолютный антропный принцип как одну из важнейших аксиом многомировой физики. Позволю себе привести довольно большой отрывок из мемуара Алкина — текста скорее литературного, но дающего представление о физической сути явления:

«Тринадцать миллиардов лет Вселенная поддерживала условия нашего выживания. Она и сейчас эти условия поддерживает, расширяясь именно с такой скоростью и таким ускорением, какие нужны, чтобы на Земле сохранялись комфортные для нашей жизни условия. Вселенная такова, да. Она, если говорить по-русски, „заточена“ под нас…

Но если верен абсолютный антропный принцип, получаются два вывода. Первый: во Вселенной существует только один разум — наш. И второй: если Вселенная всегда была именно такой, какая нужна для нашего выживания, то, значит, и в будущем она, Вселенная, будет ограждать человечество от всего, что может нас погубить. Без нас, людей, Вселенная существовать не может. Это абсолютный антропный принцип…

…Вселенную можно описать волновой функцией… Вселенная подчиняется квантовым законам — это, по сути, одна огромная квантовая система, понимаете? А квантовые системы — помните? — бывают двух типов: фермионы и бозоны. Так вот, наша Вселенная — фермион… И что же? В ней не могут существовать системы, которые находятся в одном квантовом состоянии. Звезды светят за счет синтеза атомов и не иначе. Планеты образуются из газо-пылевых облаков и не иначе. И так далее. Одна истина, одна правда. И разум возможен только один. Существование иного разума в нашей Вселенной запрещено квантовыми законами. Вот что на самом деле доказал Хэмлин. Разум на Земле — именно и только на Земле! — должен был возникнуть, возник и будет теперь существовать, пока существует Вселенная. Точка. Даже если случится атомная война, человечество выживет и выйдет в большой космос. Даже если упадет гигантский астероид (а он не упадет, будьте уверены, это противоречило бы абсолютному антропному принципу — такому же закону природы, как закон тяготения!), все равно мы выживем и выйдем в космос.

…— Значит, есть и вселенные… ну… бозоны?

…— Конечно… Есть другие вселенные, не только наша. Собственно, из антропного принципа это следует однозначно. Есть множество, может, даже бесконечное число вселенных с другими законами природы, и наша такова не потому, что Бог приложил усилия, чтобы создать ее именно такой. Нет, просто в Большом взрыве возникло множество разных миров, и мы живем в этом, потому что условия здесь подобрались такие, какие нужно… Есть среди множества вселенных, возникших в Большом взрыве, миры-фермионы и миры-бозоны. Фермионы — вселенные, где всякий класс явлений возникает в единственном варианте: один принцип звездной эволюции, один принцип образования планет, один-единственный разум на всю вселенную. А есть миры-бозоны, где могут сосуществовать и взаимодействовать разные законы природы, разные принципы устройства жизни, и разумов там множество, потому что их возникновению не мешают квантовые законы. Это удивительные миры! Немыслимое разнообразие форм, не то, что в нашей Вселенной!»

[5] Работы Алкина и Хэмлина цитируются по изданию: Амнуэль (2055), апокриф «Что-нибудь светлое…»