Скрытая реальность. Параллельные миры и глубинные законы космоса
Шрифт:
Очертив арену действий, давайте приступим к систематическому анализу проверяемости, правильности и полезности теорий, где наша Вселенная является лишь одной из многих.
Доступные мультивселенные
Тяжело достичь согласия по всем этим вопросам, отчасти потому, что концепция мультивселенной не является монолитной. Мы рассмотрели уже пять различных версий — лоскутную, инфляционную, бранную, циклическую и ландшафтную, — в последующих главах нам встретятся ещё четыре. По вполне понятным причинам считается, что общее определение мультивселенной не поддаётся проверке. Обычные рассуждения, как правило, сводятся к тому, что мы конечно можем анализировать вселенные, отличные от нашей, но поскольку у нас есть доступ только к нашей, то с тем же успехом можно обсуждать приведения или домовых. Действительно, это центральная проблема, к которой мы вскоре вернёмся, но сперва заметим, что
Напомним, что в инфляционной мультивселенной пространство между двумя дочерними вселенными, вырастающими из пузырьков, заполнено полем инфлатона, чья энергия и отрицательное давление остаются большими, поэтому в промежуточном пространстве происходит инфляционное расширение. Это расширение отдаляет пузырьки друг от друга. Однако если скорость расширения самих пузырьков превышает скорость расширения пространства, пузырьки будут сталкиваться. Учитывая, что инфляционное расширение кумулятивно — чем больше расширяющегося пространства между пузырьками, тем быстрее они удаляются друг от друга, — приходим к интересному выводу. Если пузырьки действительно находятся близко друг к другу, промежуточного пространства между ними мало, то скорость разбегания окажется меньше скорости собственного расширения. Тогда пузырьки лягут на курс столкновения.
Эти рассуждения подкрепляются математическими расчётами. В инфляционной мультивселенной вселенные могут сталкиваться. Более того, ряд исследовательских групп (включая Джауме Гарригу, Алана Гута и Александра Виленкина; Бена Фрайфогеля, Мэтью Клебана, Альберто Николиса и Криса Сигурдсона; а также Энтони Эквайра и Мэтью Джонсона) установили, что хотя при некоторых столкновениях внутренняя структура пузырьков-вселенных может сильно разрушиться — что не очень приятно для его возможных обитателей, подобных нам с вами, — возможны и более мягкие соударения, без каких-либо катастрофических последствий, но дающие при этом наблюдаемые эффекты. Вычисления показывают, что если произойдёт такое мелкое ДТП с участием другой вселенной, то возникнут ударные волны, распространяющиеся в пространстве и изменяющие картину холодных и горячих областей в реликтовом излучении.{58} Учёные внимательно изучают возможные следы от такого столкновения и закладывают основу для наблюдений, которые однажды смогут доказать, что наша Вселенная столкнулась с другой вселенной, получив тем самым указания на существование других вселенных.
Однако сколь бы заманчивой не казалась такая возможность, что если ни один эксперимент по поиску свидетельств взаимодействия или столкновения с другой вселенной не окажется успешным? По здравому рассуждению, как тогда поддерживать идею мультивселенной, если мы не можем обнаружить каких-либо экспериментальных или наблюдательных доказательств существования других вселенных?
I. Наука и недоступность: Оправданно ли с научной точки зрения рассматривать ненаблюдаемые вселенные?
Каждый теоретический подход имеет свою архитектуру, куда входят основные составляющие теории и математические уравнения, которые их описывают. Архитектура не только задаёт теорию, но также указывает на то, какие вопросы могут быть заданы в рамках этой теории. Архитектура Исаака Ньютона была вполне осязаемой. В его уравнения входили положения и скорости объектов, с которыми мы непосредственно сталкиваемся в повседневной жизни или которые можем легко наблюдать, будь то горы и шары или Солнце и Луна. Великое множество наблюдений подтвердили предсказания теории Ньютона, что убедило нас в том, что соответствующие уравнения действительно описывают движение привычных объектов. Джеймс Клерк Максвелл и его архитектура привели к новому уровню абстракции. Колебания электрических и магнитных полей не относятся к тому роду вещей, которые наши органы чувств могут ощущать непосредственно. Хотя мы видим «свет» — электромагнитные колебания с длиной волны в том диапазоне, который воспринимает наш глаз, — наше зрение не может напрямую отследить колеблющиеся поля, постулируемые в теории Максвелла. Но несмотря на это, мы можем построить хитроумные приборы, измеряющие эти вибрации, которые совместно с множеством подтверждённых теоретический предсказаний дадут исчерпывающее доказательство того, что мы погружены в вибрирующий океан электромагнитных волн.
Фундаментальная наука в XX столетии всё больше и больше стала руководствоваться недоступными критериями. Пространство и время в своём спаянном единстве являются каркасом для специальной теории относительности. Наделённые затем Эйнштейном способностью к трансформации, они стали тем пластичным фоном, на котором развиваются события, описываемые общей теорией относительности. Я знаю, как тикают часы, и я могу измерить расстояния с помощью линейки, однако я никогда не смогу прикоснуться к пространству-времени, подобно тому как я касаюсь подлокотников своего кресла. Я ощущаю проявления гравитации, но если вы заставите меня ответить на вопрос, ощущаю ли я напрямую, что нахожусь в искривлённом пространстве-времени, я окажусь в ситуации как с теорией Максвелла. Я убеждён в правильности специальной и общей теорий относительности не потому, что непосредственно ощущаю их основные положения, а потому, что если следовать их подходу, то математические вычисления приведут к проверяемым на опыте предсказаниям. И эти предсказания оказываются в высшей степени точны.
Квантовая механика выводит подобного рода недоступность на новый уровень. Центральное понятие квантовой механики — это волны вероятности, удовлетворяющие уравнению, открытому в середине 1920-х годов Эрвином Шрёдингером. Хотя эти волны являются определяющим понятием для квантовой механики, в главе 8 мы увидим, что архитектура квантовой физики говорит о том, что они абсолютно ненаблюдаемы. Волны вероятности позволяют предсказать, где та или иная частица может находиться, но сами они находятся за кулисами повседневной реальности.{59} Однако, поскольку полученные предсказания очень хорошо подтверждаются на эксперименте, поколения учёных приняли эту странную ситуацию: в теории определяется радикально новая и необходимая конструкция, которая согласно самой теории является ненаблюдаемой.
Эти примеры объединяет та общая идея, что успешность теории может быть использована для оправдания постфактум её базисной архитектуры, даже в том случае, когда архитектура находится за рамками наших возможностей для её непосредственного восприятия. Это настолько вошло в обиход физиков-теоретиков, что они без малейших колебаний используют язык и ставят вопросы, в которых содержатся понятия совсем не такие осязаемые, как предметы обычного обихода, а некоторые и подавно находятся за пределами нашего чувственного опыта. [43]
43
Поскольку есть различные взгляды на роль научных теорий в изучении природы, излагаемые мной утверждения могут допускать разную интерпретацию. Есть две выделенные позиции, одну из которых занимают реалисты, уверенные, что математические теории напрямую описывают устройство природы, и инструменталисты, которые верят, что теория является лишь удобным инструментом предсказания того, что измеряют приборы, но при этом ничего не говорит об устройстве самой реальности. В течение десятилетий изнурительных споров, философы от науки развили множество уточнённых вариантов этих направлений и связанных с ними взглядов. Несомненно, моя собственная позиция и подход, развиваемый в этой книге, принадлежат к лагерю реалистов. В этой главе, в которой рассматривается научная состоятельность теорий определённого типа и даётся оценка их значения для понимания природы, поднимаются вопросы, на которые различные философские школы предложили бы существенно разные точки зрения.
Если продвинуться дальше и использовать архитектуру теории для изучения предсказываемых ею явлений, возникнут и другие типы недоступности. Чёрные дыры возникают как следствие математических вычислений в общей теории относительности, и астрономические наблюдения дают достаточно оснований считать, что они не только существуют, но при этом являются совершенно рядовым явлением. Однако внутренность чёрной дыры весьма экзотична. Согласно уравнениям Эйнштейна, край чёрной дыры, её горизонт событий, — это поверхность невозвращения. Её можно пересечь, но вернуться обратно невозможно. Мы, живущие снаружи горизонта событий, никогда не узнаем, что находится внутри, не только в силу практических ограничений, но как следствие самих законов общей теории относительности. И всё же имеется полное согласие в том, что область внутри горизонта событий чёрной дыры вполне реальна.
Применение общей теории относительности к космологическим вопросам даёт ещё более экстремальные примеры недоступности. Если вы не возражаете против путешествия в один конец, то внутренность чёрной дыры вполне подходит для этой цели. Однако миры за пределами нашего космического горизонта недостижимы, даже если бы мы могли путешествовать с околосветовыми скоростями. В ускоряющейся вселенной, такой как наша, это становится особенно очевидным. При данном измеренном значении космологического ускорения (в предположении, что оно неизменно) любой объект, отстоящий от нас на расстоянии, превышающем 20 миллиардов световых лет, будет всегда находиться вне нашего поля зрения, у нас никогда не будет возможности посетить его, измерить или как-то повлиять на него. Дальше этого расстояния пространство всегда будет отступать от нас настолько быстро, что любая попытка сократить дистанцию будет так же бесплодна, как стремление байдарочника плыть против потока, более быстрого, чем он может грести.