Павел Амнуэль - Вселенные: ступени бесконечностей

• Название: Вселенные: ступени бесконечностей
• Автор: Павел Амнуэль
• Жанр: Прочая научная литература

Эта книга — научная фантастика, но это не художественная проза.

Это научно-популярная книга, но большая часть научных идей и достижений, которые она популяризирует, — фантастика.

Книга написана в еще не существующем жанре фантастической научной популяризации. Она рассказывает о науке, зарождающейся на наших глазах. Науке, о которой физики спорят и еще не пришли к общему мнению. Наука эта призвана ответить на фундаментальные вопросы бытия. Живем ли мы в лучшем из миров? Существуют ли вообще другие миры, кроме нашего?

В 2057 году исполнится сто лет со дня выхода из печати статьи американского физика Хью Эверетта, вызвавшей споры, продолжающиеся и в наши дни. В год столетнего юбилея пионерской работы Эверетта выйдет в свет книга, которую вы держите в руках.

Это — фантастика, потому что наука может развиваться не так, как здесь написано. Это — научно-популярная книга будущего, потому что наука может развиваться так, как написано здесь.

Читая эту книгу, помните о том, что фантастический роман Жюля Верна «Робур-завоеватель» вызвал в свое время немалые споры, потому что общепринятым было мнение: аппараты тяжелее воздуха никогда не смогут летать. Не прошло и четверти века — в воздух поднялся самолет братьев Райт…

---

Было показано (напр., Magoon & Greg; 2030, Wordel, Wong & Chu, 2030), что, по-видимому, действительно существует физический запрет на хаотические склейки ветвей, состоящих из материи и антиматерии.

Как и в случае с Вселенной, состоящей практически полностью из вещества, ни одна спонтанная склейка (частота которых, как рассчитали Osnover, Schild & Hamary, 2042, исчисляется 1070 в секунду для наблюдаемой части Вселенной[19]) пока не была склейкой мира и антимира. Единственный же эксперимент направленной склейки ветви с антиветвью увенчался «успехом» и, соответственно, закончился трагически. Естественно было беспокойство (если не сказать больше) физиков, занимавшихся расчетами направленных склеек: начали раздаваться призывы к мораторию от такого рода исследований, поскольку, в отличие от бессмысленных опасений типа взрыва адронного коллайдера и мировой катастрофы, связанной с образованием черных мини-дыр, даже бытовая склейка мира и антимира действительно может привести к катастрофе глобального масштаба.

К счастью, решение задачи (частичное — для конкретных направленных взаимодействий) было найдено достаточно быстро, и средства массовой информации просто не успели создать среди населения таких панических настроений, какие были в 2010 году связаны с ожидавшейся «мировой катастрофой из-за взрыва коллайдера». Решение было связано именно с тем уже доказанным фактом, что наша Вселенная (и все альтерверсы, где законы физики близки к нашим) является фермионом, то есть ее волновая функция определяется набором квантовых чисел, который не может быть конгруэнтен с набором квантовых чисел для любой ответвившейся вселенной.

Говоря простым языком, если вы утром сделали выбор между стаканом чая и чашкой кофе (давно ставший классическим пример выбора, приводящего к ветвлению), то возникают два (как минимум, поскольку выбор на самом деле не дуалистичен) альтерверса, в одном из которых вы налили себе чай, в другом — кофе. Это означает, что волновые функции альтерверсов не тождественны, а отличаются на некую вычислимую, в принципе, величину. Если говорить о квантовой физике, то отличие двух альтерверсов как раз и заключается в отличии некоторого количества квантовых чисел, соответствующих решениям уравнений Шредингера для этих альтерверсов. Различные квантовые числа — это и есть признак того, что система является фермионом.

Поясню на примере обратной ситуации: если принять, что наша ветвь многомирия описывается волновой функцией, как фермион, это означает, что никакой выбор не может привести к тождественным экспериментальным результатам (ветвям с одинаковым набором квантовых чисел). Это заключение настолько тривиально и очевидно, что в течение долгого времени никому — ни физикам, ни философам — в голову не приходило, что об этом вообще имеет смысл разговаривать. Ясно ведь, что само понятие выбора не предусматривает выбор между абсолютно одинаковыми вариантами. Выбираем — чашку кофе или стакан чая. Или между двумя разными стаканами чая. Между полным стаканом и полупустым. Между чаем «липтон» и чаем «хейлис». Физики попросту не рассматривали ситуацию выбора между чаем «хейлис» и чаем «хейлис» — выбора между двумя полностью идентичными возможностями. Между тем, именно об этом типе выбора говорит Алкин, разделяя альтерверсы на фермионы и бозоны.

Из тривиальных, казалось, условий время от времени вырастают принципиально важные открытия, что и произошло в данном случае. Ибо на самом деле выбор между тождественными вариантами существует и на самом деле является самым сложным выбором из всех возможных, поскольку не предполагает никакого физического или математического решения. Именно из анализа такого выбора и родились представления о невычислимых функциях, об инфинитном исчислении, о существовании запрета на склейки миров и антимиров, о принципе квантовой неопределенности в тождественных альтерверсах — и множество других законов, закономерностей и правил современной физики многомирий.

Полагаю, что, прочитав о выборе между тождественными величинами, читатель вспомнил, конечно, старую логическую — так и не решенную! — задачу о буридановом осле, не сумевшем сделать выбор между двумя тождественными стогами сена и умершем от голода.

В классической логике и классическом представлении о мироздании решения этой проблемы действительно не существует. Тем не менее, в реальной ситуации, тем более, когда речь идет о жизни и смерти, выбор между абсолютно одинаковыми вариантами, конечно, делается: осел сделал бы такой выбор инстинктивно, человек — как ему бы показалось, — руководствуясь некими подсознательным (интуитивным) моментом, на самом же деле право выбора предоставляется случаю, это полностью аналогично решению с помощью подбрасывания монеты.

Но существует ли такой выбор в квантовой физике многомирия? Расщепление на два абсолютно одинаковых мира — два альтерверса с одинаковым набором квантовых чисел — на первый взгляд бессмысленно, поскольку представляет собой два одинаковых решения уравнения Шредингера, тогда как, казалось бы, уже первая аксиома эвереттики говорит о том, что при любом акте физического взаимодействия мир расщепляется на две различные ветви.

В мире же, где действует физика Алкина, в мире, где альтерверсы могут быть фермионами или бозонами, ситуация иная. Если волновая функция некоего альтерверса подчиняется статистике Ферми, то при расщеплении возникают различные альтерверсы, отличающиеся друг от друга одним, несколькими, а, может, и бесконечным количеством квантовых чисел.

Если альтерверс подчиняется статистике Бозе-Эйнштейна, то при ветвлении могут возникнуть два или больше альтерверсов с полностью одинаковыми наборами квантовых чисел. В терминологии Алкина такие вселенные называются вселенными-клонами. И в той же работе Алкина (2007) показано, что одинаковым набором квантовых чисел обладают пары вселенная-антивселенная.

Читатель, несомненно, найдет подвох в этом рассуждении, указав, что частица и античастица все-таки отличаются друг от друга — а именно зарядом. Позитрон ничем не отличается от электрона, кроме знака заряда, этим и отличается мир от антимира, это и вызывает аннигиляцию частицы и античастицы при их взаимодействии.

Однако ситуация с волновыми функциями альтерверсов принципиально иная. Отвечу на гипотетическое возражение читателя, что существуют частицы, не имеющие античастиц, точнее — частицы, полностью совпадающие со своими античастицами. Это — беззарядные частицы, не имеющие массы покоя: фотоны, нейтрино, гравитоны. Кстати, миры и антимиры имеют одинаковые, а не противоположные гравитационные свойства именно потому, что гравитоны и антигравитоны тождественны. Именно потому, что тождественны фотоны и антифотоны, наблюдатели в нашей Вселенной не могут по изображениям галактик определить, состоит ли галактика из вещества или из антивещества.

Аналогичный принцип ввел Алкин и для ветвей многомирия. Любая ветвь в целом электрически нейтральна и, более того, не имеет массы покоя, что, вообще говоря, следует и из инфляционной теории в том случае, когда Большой взрыв описывается с применением нелинейных квантовых уравнений.

Для миров-бозонов нет запрета на ветвления, приводящие к образованию вселенных-клонов, идентичных друг другу, как и нет запретов на склейки любого рода, в том числе, как показывают расчеты, на склейки альтерверсов, возникших не в одном, а в различных взаимодействиях. Иными словами, предположим, что в момент t произошло ветвление, и возникли альтерверсы А1 и А2. В дальнейшем эти два альтерверса могут склеиваться друг с другом, в результате чего возникают известные парадоксы появления (исчезновения) предметов. В момент t1 происходит ветвление обоих альтерверсов, возникают альтерверсы А1a и А1b, А2a и А2b. В каждой из этих пар могут происходить склейки, но вопрос о том, могут ли возникать склейки альтерверсов А1a и А2a уже не является таким тривиальным.

Более того, этот вопрос долго оставался без ответа, и на решение физики вышли лишь после того, как было доказано существование, по Алкину, вселенных-бозонов и вселенных-фермионов. Тогда и появились исследования Нормана (Norman, 2034), Глаупера и Ахрона (Glauper & Achron, 2037) и др., показавшие, что лишь вселенные-бозоны могут порождать склейки альтерверсов, возникших при разных актах ветвлений.

Итак, для вселенных-бозонов возможны все типы склеек: как склейки тождественных миров (клонов),[20] так и склейки миров, не имеющих общего «корня» — это можно представить, как сплетение ветвей двух разных деревьев.

Такие склейки теоретически невозможны в мирах-фермионах эвереттовского многомирия, где склеиваться могут ветви, имеющие общий «корень», находящиеся на одном «дереве ветвлений». Отсюда и возник запрет на спонтанные склейки миров и антимиров в случае вселенных-фермионов, поскольку Анвер и его коллеги (Anwer, Gouch, Hilter & Ruchi, 2044) показали, что, если ветвление произошло с возникновением мира и антимира, то возникает новая «корневая система». Иными словами, если расщепляется «вселенная-мир», то возникшая новая «вселенная-мир» находится на том же «дереве ветвлений» и, следовательно, может склеиваться с другими ветвями этого дерева. А возникшая при этом расщеплении «вселенная-антимир» порождает новое дерево ветвлений, сама является «корнем» этого дерева, и, если говорить о причинно-следственных связях, возникшая «вселенная-антимир» не имеет причины своего возникновения.