Не имея возможности побывать на планетах в миллиардах световых лет от нас или попасть внутрь черной дыры, ученые прибегают к математическим моделям. Так они пытаются хоть как-то объяснить то, что происходит во Вселенной, не имея эмпирических данных. Но ставка на математику может оказаться опасной для науки. Современные исследователи иногда продвигают концепции только потому, что они просты, красивы и математически возможны, хотя эти теории не подтверждаются никакими реальными данными. Одна из таких спорных идей — концепция мультивселенных.
РБК Тренды публикуют главу из книги «Уродливая Вселенная: как поиски красоты заводят физиков в тупик». Материал подготовлен в коллаборации с издательством «Бомбора».
Безграничные возможности
Вы — один из примерно семи миллиардов человек на этой планете. Наше Солнце — одна из примерно ста миллиардов звезд Млечного Пути. Млечный Путь — одна из примерно ста миллиардов галактик в нашей Вселенной. Возможно, существуют и другие вселенные, все вместе составляющие «мультивселенную». Вы думаете, чего уж тут такого? А ведь на настоящий момент это самая спорная идея в физике.
Космолог Пол Стейнхардт называет идею мультивселенной «вычурной, неестественной, непроверяемой и, наконец, опасной для науки и общества». По словам Пола Дэвиса, это «лишь безыскусный деизм, обряженный в одежды научного языка». Джордж Эллис предостерегает, что «сторонники мультивселенной... неявным образом переопределяют понимаемое под словом «наука». Дэвид Гросс считает, что «тут попахивает ангелами». С точки зрения Нила Турока, это «полнейшая катастрофа». Популяризатор науки Джон Хорган сетует, что «теории о мультивселенной не есть теории — это научная фантастика, теология, построения, созданные воображением и не стесненные доказательствами».
Противоположной точки зрения в этом споре придерживается, например, Леонард Сасскинд: он находит «волнующей мысль, что Вселенная, возможно, гораздо больше, богаче и разнообразнее, чем мы когда-либо думали». Бернард Карр полагает, что «понятие мультивселенной подразумевает новое понимание природы науки, поэтому неудивительно, что это вызывает интеллектуальный дискомфорт». Макс Тегмарк утверждает, что противники мультивселенной «эмоционально предубеждены против смещения всех нас из центра внимания». А Том Зигфрид думает, что критика идеи о мультивселенной «того же рода, как и та, что заставила некоторых ученых и философов XIX века отрицать существование атомов». Ух.
Так в чем же проблема? Да в том, что, как научил нас Эйнштейн, путешествовать сквозь пространство быстрее света ничто не может. Значит, в каждый конкретный момент скорость света ограничивает то, насколько далеко мы можем видеть, — этот предел называется «космологическим горизонтом». Любой переносчик, кроме света, будет медленнее или — в случае самой гравитации — таким же быстрым, как свет. Следовательно, если какой-либо объект находится настолько далеко, что свет от него еще не сумел до нас добраться, то мы не вправе утверждать, что этот объект вообще там где-то есть.
Но, хотя ничто не в силах двигаться в пространстве быстрее света, само пространство подобных пределов не знает. Оно может расширяться, что и делает в мультивселенной, быстрее света, а потому есть области, свет от которых никогда нас не достигнет. В мультивселенной все остальные вселенные располагаются в таких вот областях и поэтому причинно не связаны с нами. Недосягаемы вовек. Стало быть, говорят противники мультивселенной, вы никогда не сможете подвергнуть ее каким-либо измерениям, а значит, она не относится к сфере науки.
В ответ защитники мультивселенной заявляют: если теория имеет элементы, не поддающиеся наблюдению, это еще не означает, что она не может давать предсказаний. С тех пор как зародилась квантовая механика, мы знаем: неверно требовать, чтобы все математические структуры теории напрямую соотносились с наблюдаемыми величинами. Например, волновая функция сама по себе неизмерима — измеримо лишь распределение вероятностей, получаемое из волновой функции. Нужно сказать, что не все довольны таким положением вещей. Однако же все мы согласны с тем, что квантовая механика тем не менее крайне успешна.
Насколько охотно физики принимают ненаблюдаемые элементы теории в качестве необходимых, зависит от того, насколько они верят в эту теорию и надеются, что она приведет к еще более глубоким прозрениям. Но нет ничего априорно ненаучного в теории, содержащей ненаблюдаемые элементы.
Извлечь предсказания из теории о мультивселенной возможно — несмотря на то, что большая ее часть ненаблюдаема, — если исследовать вероятность того, что в одной из вселенных мультивселенной законы природы походят на наши. Мы бы тогда все равно не смогли вывести фундаментальные законы природы в нашей Вселенной, но все же смогли бы сделать вывод, какие законы мы бы с большей вероятностью наблюдали. А это, утверждают сторонники идеи, лучшее, что мы можем. Это смена парадигмы, сдвиг в представлении о том, каким должно быть утверждение, чтобы вообще считаться научным. Если вы с этим не согласны, если не принимаете новую науку, значит, вы препятствуете прогрессу и безнадежно отстали — ископаемые остатки, готовые погрузиться навеки в ил.
Вы не можете вычислить никаких вероятностей в мультивселенной, возражают противники идеи, поскольку есть бесконечно много возможностей для всех этих вероятностей, а вы не можете достоверно сравнить одни бесконечности с другими. Это возможно, но вам нужна тогда математическая схема — распределение вероятностей, или «мера», — которая говорила бы вам, как укротить бесконечности. И откуда же возьмется это распределение вероятностей? Чтобы получить его, вам нужна другая теория. А на этом этапе почему бы не попытаться отыскать теорию, которая вообще не порождает все эти ненаблюдаемые вселенные?
Это не вариант, отвечают защитники идеи. Если мы живем в наилучшем из всех возможных миров, то что же насчет остальных возможных миров? Нельзя их просто игнорировать. Не мы это заварили, говорят сторонники мультивселенной, наши теории заставляют нас с этим смириться. Это не мы сами — математика вынудила нас. А математика не врет. Мы просто-напросто стараемся быть объективными, хорошими учеными, говорят они. Если вы противитесь, то это чистое отпирательство, вы просто отказываетесь принять не нравящиеся вам логические следствия.
И так продолжается уже два десятилетия.
У нас нет оснований считать, что Вселенная заканчивается за космологическим горизонтом и завтра мы обнаружим, что нет больше галактик, кроме тех, что мы способны увидеть сегодня. Но как далеко простирается россыпь галактик, похожих на те, что нас окружают, никто не знает — и никто не может знать. Мы даже не знаем, бесконечно ли пространство или в конце концов замыкается само на себя, делая Вселенную конечной, замкнутой, с радиусом гораздо большим, чем мы сей видим.
У вас может создаться впечатление, будто мультивселенная — это что-то новое, но единственно новое здесь то, как упорно физики верят в ее реальность. Поскольку всякая теория нуждается в наблюдательных входных данных, чтобы определить параметры или подобрать аксиомы, любая теория приводит к мультивселенной, когда входных данных нет. Вы могли бы сказать мне: «Что ж, все эти возможные варианты выбора должны существовать, а значит, они составляют мультивселенную». Если цель — теория, которая может объяснить все из ничего, то предсказания этой теории должны в итоге стать неопределенными — и тогда мультивселенная неминуема.
Ньютон, допустим, мог бы просто отказаться измерять гравитационную постоянную и вместо этого заявить, что, мол, на каждое возможное ее значение должно быть по вселенной. Эйнштейн мог бы рассудить, что все решения уравнений общей теории относительности должны существовать где-то в мультивселенной. Вы можете создать мультивселенную для любой теории — стоит лишь отбросить достаточное количество допущений или отринуть привязку к наблюдениям.
Увлечение мультивселенными возникло потому, что некоторые физики более не довольствуются теориями, объясняющими наблюдения. Пытаясь прыгнуть выше собственной головы, они избавляются от слишком многих допущений, а затем делают вывод, что мы живем в мультивселенной, поскольку больше ничего не могут объяснить.
Но может, я просто древняя окаменелость, покоиться бы которой в осадочных породах...
Цель науки — объяснять наблюдаемое в природе. Однако предсказаниям теории, для того чтобы проклюнуться, иногда требуется долгий инкубационный период. А стало быть, утверждаю я, серьезное отношение к мультивселенным вместо обращения с ними как с математическими артефактами, коими, думаю, они и являются, может в конце концов привести к новым открытиям. Вопрос, таким образом, сводится к следующему: насколько вероятно, что такой подход даст новые знания? И это возвращает меня к исходной проблеме, из-за которой я и отправилась в путешествие длиною в книгу: как мы оцениваем перспективы теории, в пользу которой нет никаких эмпирических данных?
Не все варианты мультивселенной абсолютно непроверяемы. Согласно теории бесконечной инфляции, например, наша Вселенная в прошлом могла столкнуться с другой вселенной, а такое «столкновение пузырей» оставило бы в реликтовом излучении измеримый след. Его искали и не нашли. Это не сбрасывает со счетов мультивселенную, но исключает существование в прошлом подобного столкновения.
Другие физики утверждают, что некоторые варианты мультивселенной могли породить особую россыпь маленьких черных дыр в нашей Вселенной, что имело бы последствия, которые мы вскоре сможем наблюдать. А несбывающееся предсказание теории о мультивселенной попросту означает, что нам нужно распределение вероятностей, которое сделало бы ненаблюдаемый феномен маловероятным, — так что давайте искать работающее распределение. Такой подход к космологии столь же многообещающий, как попытка постичь «Войну и мир», выкидывая все остальные книги. Но, отдадим должное этим ученым, они хотя бы пытаются.
Имеющиеся предсказания демонстрируют, что мультивселенная в принципе поддается экспериментальной проверке, но осуществима эта проверка только для отдельно взятых сценариев. Преобладающее большинство идей, касающихся мультивселенной, на настоящий момент непроверяемы — и останутся таковыми навсегда.
Лишенные этой возможности проворачивать колесо науки, некоторые физики-теоретики изобрели свой собственный метод оценивать теории — заключение пари. Космолог Мартин Рис поставил свою собаку на то, что мультивселенная существует, Андрей Линде — собственную жизнь, а Стивен Вайнберг «уверен в мультивселенной в достаточной степени, чтобы ручаться за нее жизнями и Андрея Линде, и собаки Мартина Риса».
Космический покер
Мультивселенная приобрела популярность, тогда как естественность впала в немилость, и теперь физики преподносят одну идею как альтернативу другой. Утверждается, что коль скоро у нас не получается найти числу естественное объяснение, то никакого объяснения и нет. Просто выбирать значение параметра — слишком некрасиво. Следовательно, если параметр неестественен, то он тогда может принимать любые значения, а для каждого возможного значения имеется своя вселенная. Что приводит к странному выводу: если мы не видим суперсимметричных частиц в Большом адронном коллайдере, значит, мы живем в мультивселенной.
Неужели вот в это выродилась некогда достойная почитания профессия? Раньше физики-теоретики объясняли то, что дают наблюдения. Сейчас они тщатся объяснить, почему не в силах объяснить то, чего наблюдения не дают. И ведь у них и это толком не получается! В мультивселенной вы не можете объяснить значения параметров — разве что оценить вероятность их возникновения. Но есть множество способов не объяснять что-либо.