Проверка теорий мультивселенной — здесь и сейчас

Возможно, когда‑нибудь мы обзаведемся убедительной теорией, объясняющей самое начало нашей вселенной, которая расскажет нам, существует ли мультивселенная, и если существует, не являются ли так называемые законы природы лишь местными установлениями нашей космической провинции. Однако, пока мы ждем появления этой теории — а ждать, возможно, придется долго — аналогию с «магазином готового платья» можно уже проверить. Ее можно даже опровергнуть: это случится, если наша вселенная окажется настроенной даже более тонко, чем требует наше присутствие. Приведу два примера подобного стиля рассуждений применительно к двум различным научным вопросам.

Во–первых, Больцманн писал о том, что вся наша вселенная является необыкновенно редкой «флуктуацией» в бесконечном и вечном мире с симметричным временем. Сейчас против этой гипотезы выдвинуто много аргументов, но даже тогда, когда она была только высказана, можно было уже отметить, что в больших объемах флуктуации куда менее вероятны, чем в малых. Поэтому (если бы Больцманн был прав) было бы намного более вероятно, что мы находимся в самой малой из возможных флуктуации, совместимых с нашим существованием, а именно солипсическая вселенная, где существует лишь один мозг, полный воспоминаний, была бы более правдоподобна, чем любая другая интерпретация нашего опыта. Если же мы не готовы сделаться солипсистами, то, вне зависимости от нашего начального отношения к теории Больцманна, ее вероятность будет стремительно падать по мере того, как мы будем осознавать колоссальный масштаб нашего космоса.

Во–вторых, если бы мы даже ничего не знали о формировании звезд и планет, то не удивлялись бы тому, что орбита Земли очень близка к окружности; будь она сильно эксцентричной, вода на земле закипала бы в перигелии и замерзала в афелии — суровые условия, неблагоприятные для нашего появления на свет. Однако некоторая умеренная эксцентричность орбиты, очевидно, совместима с жизнью. Если бы выяснилось, что земля движется вокруг солнца по орбите, гораздо более близкой к идеальной окружности, мы могли бы вывести из этого теорию, постулирующую антропную селекцию орбит, чьи эксцентриситеты имеют «байесовскую априорную вероятность», равномерно распределенную на отрезке 0–1.

Мы можем применить этот стиль рассуждений к важным физическим числам (например, к космологической константе L), чтобы проверить, является ли наша вселенная типичной для подмножества вселенных, в которых могла бы существовать сложная жизнь [15]. Методология требует от нас решить, какие значения совместимы с нашим существованием. Кроме того, требуется особая теория, дающая относительные байесовские априорные вероятности для каждого конкретного значения. Например, в случае L все ли значения равно вероятны? Являются ли небольшие значения более предпочтительными с точки зрения физики? Или существует лишь конечное число возможных дискретных значений? Получив эту информацию, можно будет спросить, «типична» ли наша вселенная для подмножества вселенных, в которых мы могли бы возникнуть. Если даже в этом подмножестве (не говоря уж обо всей мультивселенной) она представляет собой нечто из ряда вон выходящее, то нам придется отказаться от нашей гипотезы.

В качестве другого примера проверки теорий «мультивселенной» рассмотрим предположение Смолина [13] о том, что новые вселенные возникают внутри черных дыр и что физические законы в дочерней вселенной хранят в себе память о законах родительской вселенной, иными словами, что и здесь существует своего рода наследственность. Концепция Смолина пока что не подкреплена какой‑либо развернутой теорией того, каким образом какая‑либо физическая информация (или даже стрела времени) может передаваться из одной вселенной в другую. Однако у нее есть то преимущество, что она делает относительно нашей вселенной предсказание, которое можно проверить.

Если Смолин прав, то вселенные, порождающие много черных дыр, имеют репродуктивное преимущество, которое передается следующим поколениям. Если наша вселенная является результатом такого процесса, то ее способность производить черные дыры должна быть близка к оптимуму в том смысле, что любое незначительное изменение законов и констант физики сделало бы формирование черных дыр менее вероятным. (Лично я считаю, что предсказание Смолина едва ли подтвердится, но он заслуживает нашей благодарности за предоставления примера того, как можно в принципе опровергнуть теорию мультивселенной.)

Эти примеры показывают, что некоторые утверждения о других вселенных могут быть опровергнуты, — необходимое условие валидности научной гипотезы. Мы не можем уверенно утверждать, что «больших взрывов» было много — мы просто слишком мало знаем о самых ранних стадиях развития нашей собственной вселенной. Не знаем мы и того, являются ли фундаментальные законы лишь «разрешающими», этот вопрос предстоит решить физикам двадцать первого столетия. Но если они таковы, то так называемые антропные объяснения станут законными, в сущности, для некоторых важных черт нашей вселенной это будет единственный тип объяснений, которым мы когда‑либо будем располагать.

То, что мы по традиции называем «вселенной», может оказаться результатом одного из многих «Больших взрывов», так же как наша Солнечная система — это лишь одна из многих планетных систем в галактике. Как структура кристаллов льда в замерзающем пруду — скорее случайный исторический факт, чем отражение фундаментальных свойств воды, так и некоторые из природных «констант» могут на поверку оказаться случайными деталями, не определенными однозначно общей теорией. Поиски точных формул для того, что мы называем природными константами, могут оказаться такими же тщетными и запутывающими, как поиск точной цифровой закономерности для планетарных орбит, осуществлявшийся Кеплером. А другие вселенные станут частью научного дискурса, такой же, какой были на протяжении столетий «иные миры». Тем не менее (и здесь я охотно уступаю место философам) любое понимание того, почему что‑либо существует — почему существует вселенная (или мультивселенная), а не ничто — остается в области метафизики.

Отдаленное будущее

Теперь вернемся к нашей собственной вселенной — нашему «космическому оазису» в (возможно) бесконечной мультивселенной. Каково ее отдаленное будущее? Солнце будет продолжать светить еще около шести миллиардов лет — в несколько раз больше, чем потребовалось биосфере земли (включая нас самих), чтобы развиться из первых многоклеточных организмов. Искусственные модификации ведут к гораздо более быстрым переменам, чем естественный отбор. Даже если сейчас жизнь — уникальная особенность Земли, в конечном счете она может «овладеть» космосом. Всю галактику, протяженностью в сотню тысяч световых лет, можно «озеленить» за меньший срок, чем понадобился нам, чтобы развиться из первых приматов. У жизни полно времени, чтобы распространиться по всей галактике и даже дальше.

Мы далеки от кульминации эволюции: образование структуры, интеллекта и сложности еще близко к своему космическому началу. Кротовые норы, дополнительные измерения и квантовые компьютеры открывают умозрительные сценарии, которых мы пока не можем даже вообразить. Возможно, будущее за созданными нами артефактами, которые будут развиваться благодаря своему собственному направляемому разуму. Диффузные живые структуры, свободно парящие в межзвездном пространстве, будут, вероятно, думать в замедленном темпе, но тем не менее смогут найти свое место в отдаленном будущем.

Через шесть миллиардов лет, когда погаснет Солнце, галактики будут более отдалены друг от друга и в определенном смысле более «слабы» — популяция их звезд состарится и газа для образования новых ярких звезд останется меньше. Но что может произойти дальше? Мы не можем предсказать той роли, которую жизнь в конце концов отведет самой себе. Возможно, в далеком будущем вся вселенная станет в определенном смысле живой. Возможно, создания, ведущие свой род от нас, будут способны «создавать» внутри черных дыр новые вселенные. Наша вселенная потенциально способна стать домом для такого множества сложных и разнообразных форм жизни, какого мы и представить себе не можем.

Однако можно составить долгосрочные прогнозы для вселенной, которая будет по–прежнему управляться только физическими силами. Ее судьба — продолжать расширяться, и даже, если современные свидетельства подтвердятся в будущем, с ускорением. Со временем погаснут даже самые медленно горящие звезды и все галактики в нашей локальной группе — наш Млечный Путь, Андромеда и десятки более мелких галактик — сольются в единую систему. Большая часть изначального газа к тому времени будет привязана к мертвым останкам звезд: одни из них станут черными дырами, другие — холодными нейтронными звездами или белыми карликами.

Еще позже могут вступить в свои права события, слишком редкие для того, чтобы быть заметными сейчас, например столкновения звезд. Звезды столь редко рассеяны в пространстве, что столкновения между ними (к счастью для нашего Солнца) крайне редки; однако со временем их число будет возрастать. Терминальные фазы галактик время от времени будут озаряться яркими вспышками, каждая из которых будет сигнализировать о столкновении двух мертвых звезд.

В конце концов погибнут даже черные дыры. Поверхность черной дыры благодаря квантовым эффектам не совсем гладкая и, следовательно, излучает. Этот эффект может быть важен и в нашей нынешней вселенной, если в ней существуют мини–дыры размером с атом: такие черные дыры будут разрушаться, испуская излучение и частицы; чем меньше они становятся, тем мощнее и энергичнее делается излучение, пока наконец они не исчезнут в результате взрыва. Однако существование таких мини–дыр кажется маловероятным. Они могли возникнуть лишь в ранней, сверхплотной вселенной, и даже тогда это было бы вероятно лишь при условиях гораздо более высокой турбулентности, чем предполагаемая теорией. А чтобы сформировать такую черную дыру в наше время, нужно сжать астероид в километр диаметром (или что‑нибудь близкое по массе) до размеров атомного ядра. Испарение черных дыр, будучи квантовым процессом, далеко не так важно для больших дыр: время, необходимое для разрушения дыры, пропорционально кубу ее массы. Срок жизни дыры с массой звезды — 10⁶⁶ лет. Даже черные дыры с массой в миллиард солнц вроде тех, что скрываются в центрах галактик, будут разрушены менее чем за 10¹⁰⁰ лет.