Нам приятна мысль, что если напрямую проверить теорию невозможно, это еще не значит, что она ненаучна. Не существует прямого способа проверить, жили ли на Земле динозавры или сколько времени прошло после Большого взрыва (и имел ли он место вообще). Мы делаем выводы об этом, полагаясь на непрямые доказательства. Так какое непрямое доказательство подтверждает бесконечность пространства и существование далеких копий нашего мира?
Тегмарк утверждает, что пространство бесконечно, потому что об этом нам сообщает космический микроволновой фон. Если бы было наоборот, следы ее ограниченности проявились бы в статистических свойствах космического фона и на разных частотах создаваемого им излучения.
Вот вам любопытный аргумент. Примерно год назад некоторые математики, основываясь на определенных статистических свойствах космического микроволнового фона, заключили, что вселенная не только конечна, но и имеет форму, напоминающую футбольный мяч[54]. Длинноволнового излучения в ней очень мало, а размер вселенной не позволяет ей приспособиться к такой длине волн – и это, похоже, лучшее объяснение того, почему мы их не видим. Как и гитарная струна длиной в метр не может поддерживать вибрацию стометровой волны – в пространстве вселенной недостаточно места для столь длинной волны.
Другой важный пункт доказательства имеет совершенно иную природу – это не наблюдение как таковое, но наблюдение за тем, как мы воспринимаем наблюдения. Космологи, анализирующие микроволновой фон, чтобы определить форму и размер вселенной, по привычке сообщают о своих находках как-нибудь вроде: «существует вероятность того, что такие-то форма и размер могут содержать данные, составляет одну тысячную». Это значит, что эти форму и размер можно исключить с вероятностью 99,9 %. Тегмарк говорит, это объясняется тем, что среди тысячи объемов Хаббла такой формы и размеров может находиться не более одного, который соответствовал бы наблюдаемым данным. «Суть в том, что теория мультивселенной проверяется и опровергается даже при невозможности видеть другие вселенные. Главное – предсказать характер множества параллельных вселенных и определить вероятностное распределение в этом множестве».
А следующий поразительный аргумент роковым образом путает актуальные и потенциальные сферы Хаббла. Например, если рассмотреть размер и форму «футбольного мяча диаметром 27-плекс метров» – справедливое предположение для нашего собственного объема Хаббла, – тогда вероятность, составляющая «одну тысячную», вычисляется с помощью потенциального ряда тысячи мячей такого же размера. Это не часть единой бесконечной вселенной, а отдельные мысленные «точки» в фазовом пространстве больших мячей. Если бы вы жили внутри такого мяча и провели такое наблюдение, то, скорее всего, заметили бы наблюдаемые данные в одном случае из тысячи.
Ничто в этом утверждении не принуждает нас делать вывод о действительном существовании такой тысячи мячей – не говоря уже о том, чтобы вставить их в единое, большее пространство, как нужно было сделать в примере выше. По сути, Тегмарк просит нас принять общий принцип – о том, что где бы ни находилось ваше фазовое пространство (статистики назвали бы его выборочным пространством) с четко очерченным вероятностным распределением, все, что в нем содержится, действительно существует.
Но это явно неправда.
И простой пример объясняет почему. Допустим, вы подбросили монету сто раз. И получили последовательность вроде ООРРРОО … РРО. Фазовое пространство всех возможных вариантов содержит ровно 2100 таких последовательностей. Если монета имеет правильную форму, то разумный способ определить вероятность выпадения каждой из них составит один случай из 2100. «Распространение» этих вероятностей можно проверить несколькими непрямыми способами. К примеру, провести миллион экспериментов, каждый из которых будет включать серию из 100 бросков, и вычислить соотношение 50 орлов и 50 решек, 49 орлов и 51 решка и так далее. Такой эксперимент вполне осуществим на практике.
Если принцип Тегмарка верен, значит, все фазовое пространство последовательностей выпадения монет существует на самом деле. Не как математическое понятие, но как физическая действительность.
Однако монеты сами себя не подбрасывают. Должен быть кто-то, кто это делает.
Если бы можно было подбрасывать по 100 монет в секунду, для проведения 2100 экспериментов понадобилось бы около 24-плекс лет. Это примерно в 100 триллионов раз больше возраста вселенной. Монеты же просуществовали лишь несколько тысяч лет. Фазового пространства всех последовательностей ста выпадений монет не существует в действительности – оно только потенциально.
Поскольку принцип Тегмарка не работает в случае с монетами, нечего и полагать, что он подойдет в случае с вселенными.
Доказательство существования параллельных миров 4-го уровня еще менее убедительно. Оно сводится к мистическому ответу на известное замечание Юджина Вигнера о «необычной эффективности математики» как описания физической реальности. По сути, Тегмарк говорит нам, что если мы можем вообразить какой-нибудь объект, значит, он должен существовать.
Мы можем вообразить фиолетового гиппопотама, который катается на велосипеде вдоль края Млечного пути, напевая мелодию Монтеверди. Было бы мило, если бы это означало, что он существует, но рано или поздно придется проверить этот факт на соответствие действительности. Нам не хотелось оставить вас под впечатлением, будто нам нравится окатывать холодной водой всякую творческую попытку передать чувства, вызываемые некоторыми удивительными понятиями современной космологии и физики. Поэтому мы закончим свежим дополнением к числу параллельных миров, подтверждаемым лишь немногими фактами. Пожалуй, не стоит удивляться тому, что утвердиться ей не позволяет прежде всего недостаток экспериментальных подтверждений.
Новой теорией, которой удалось привлечь большое внимание, стала теория струн. В ней дается ответ на старый как мир вопрос: зачем мы здесь? Этот ответ приемлем с точки зрения философии и связан с множеством параллельных вселенных.
Только эта теория осторожнее с ними обращается.
Мы обратились к статье Рафаэля Буссо и Джозефа Полчински «Ландшафт теории струн», опубликованной журналом «В мире науки» в спецвыпуске об Альберте Эйнштейне в сентябре 2004 года.
Если в основе современной физики и имеется хоть одна проблема, то она касается объединения квантовой механики с теорией относительности. Поиск «теории всего» необходим по той причине, что обе они хоть и превосходно помогают нам понимать и предсказывать различные аспекты естественного мира, но совершенно не согласуются между собой. Найти совместимую с ними, объединяющую теорию очень непросто, и пока нам это не удалось. Зато была одна математически любопытная попытка – теория струн, которая выглядит весьма заманчиво, но не подкреплена никакими данными наблюдений.
Теория струн опирается на то, что мы обычно считаем отдельными точками пространства-времени, не имеющими ни размерности, ни интересной структуры. На самом деле они представляют собой крошечные многомерные поверхности со сложными формами. В качестве простого примера приведем садовый шланг. Если смотреть на него издали, он кажется линией – одномерным пространством, где измерением является расстояние вдоль шланга. Взгляните поближе – и увидите, что у него есть еще два измерения, под прямыми углами к той, первой линии, а его форма в этих измерениях представляет собой круглую ленту.
Возможно, наша вселенная тоже напоминает какой-нибудь шланг. Пока мы видим ее с очень близкого расстояния и замечаем лишь три измерения пространства плюс одно измерение времени – это теория относительности. Физическая картина наблюдается лишь в этих измерениях, и ее явления изящно описываются четырьмя измерениями – снова теория относительности. Но иные явления могут происходить в дополнительных, «скрытых» измерениях – как, например, толщина шланга. Допустим, каждая точка видимого четырехмерного пространства-времени, которая кажется нам точкой, на самом деле является крошечным кругом, расположенным к самому пространству-времени под прямым углом. Этот круг мог бы совершать колебания. Тогда он походил бы на частицу согласно ее квантовому описанию. Частицы обладают различными «квантовыми числами», такими как спины. Это целые числа, представляющие собой множители некоторых основных величин. Так же и с колебаниями круга: он вмещает одну волну или две, или три… но никак не две с четвертью.
Вот почему это называют «теорией струн». Каждая точка пространства-времени заменяется крошечной струнной петлей.
Но для того чтобы поменять что-либо согласующееся с квантовой теорией, нельзя использовать просто округлую петлю. Квантовых чисел слишком много, и это далеко не единственная трудность, которую необходимо преодолеть. Предполагается, что вместо окружности нужно использовать более сложную форму с бóльшим числом измерений – «брану»[55]. Представьте ее в виде поверхности, но не совсем простой. Существует множество различных топологических типов поверхности: сфера, пончик, два слипшихся пончика, три пончика… Если измерений больше двух, это открывает много необычных возможностей.
Частицы соответствуют мелким замкнутым струнам, окольцовывающим брану. Есть куча разных способов обмотать пончик струной – можно продеть ее в дырку один, два, три раза… Законы физики зависят от формы бран и траекторий, по которым следуют эти петли.
Самая распространенная на сегодняшний день брана имеет шесть измерений – то есть в сумме их получается десять. Считается, что дополнительные измерения свернуты очень плотно и что они меньше планковской длины – размера, при котором вселенная приобретает зернистость. Из-за этой зернистости наблюдать столь малые объекты, по сути, невозможно, поскольку она смазывает изображение и не позволяет увидеть мелкие детали. Поэтому нечего и надеяться наблюдать дополнительные измерения напрямую. Тем не менее существует несколько способов сделать вывод об их существовании по косвенным признакам. Недавно открытое ускорение расширения вселенной на самом деле объясняется именно таким образом. Конечно, это объяснение может оказаться ошибочным: нужно больше доказательств.