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…

---

Именно по этой причине эвереттике оказалась необходима аксиоматика. Уравнение Шредингера для конкретной частицы допускает множество решений, из которых наблюдаемо лишь одно. Существуют ли физически остальные решения уравнения Шредингера после того, как эксперимент над частицей произведен и результат известен? Либо да, либо нет. Если нет — верна копенгагенская интерпретация о коллапсе волновой функции в момент наблюдения. Если да — верна интерпретация Эверетта о существовании множественных вселенных. Выбор между этими идеями не обусловлен какими-либо известными в те годы реальными экспериментами. Это был свободный выбор, который должен был сделать для себя каждый физик, чтобы не впасть в когнитивный диссонанс, продолжая свои исследования. Поэтому можно говорить о том, что идея ветвления вселенных действительно являлась в первые годы ХХI века аксиоматической — результатом не эксперимента, не логического построения (гипотезы, которую можно доказать или опровергнуть), но уверенности в том, что данное утверждение однозначно справедливо.

Аксиоматично и утверждение о том, что вселенные не только ветвятся в каждый момент элементарного взаимодействия, но и имеют возможность «склеиваться», взаимодействовать друг с другом. Идея склеек даже более аксиоматична (если аксиомы можно сравнивать по уровням), чем идея ветвления, поскольку уравнение Шредингера в те годы предполагалось линейным, и как следствие, все его решения (ветви) друг от друга не зависели, из чего следовало, что и миры, этими решениями описываемые, не имеют возможности друг с другом взаимодействовать.

Впоследствии эпизоды ветвлений и склеиваний миров многократно наблюдались и подтверждались экспериментально, о чем пойдет речь далее. Какой смысл сейчас рассматривать аксиомы, экспериментально подтвержденные? Тем не менее, подобный анализ имеет онтологическое значение, и вот почему. Исторически сложилось, что копенгагенская интерпретация вполне удовлетворяла практически всех исследователей — как теоретиков, так и экспериментаторов. Математический аппарат квантовой физики прекрасно справлялся со всеми расчетами. Практически для всех физиков в те годы это было ясным указанием на то, что квантовая механика прекрасно работает, и, следовательно, нет никакой необходимости менять что-то в копенгагенской интерпретации. Оставалось непонятным, с чего бы волновой функции коллапсировать в момент наблюдения, но с этой неопределенностью, считавшейся чисто философской, вполне можно было примириться.

Идея Эверетта не изменила уже существовавших квантовых расчетов, не должна была изменить их в будущем, и, к тому же, в силу линейности уравнений Шредингера, ветви Эверетта не имели возможности взаимодействовать друг с другом, и, следовательно, экспериментаторы не имели ни малейшего шанса в опыте доказать (или опровергнуть) предположение о ветвлении мироздания.

Если существовала бы возможность рассчитать наблюдаемые явления, вытекавшие исключительно из идеи Эверетта, то наука о многомирии не нуждалась бы в аксиоматике, ее результаты были бы просто следствием, вытекавшим из уравнений Шредингера. Ситуация, однако, была скорее похожа на ту, что возникла в геометрии, когда математики задумались над недостаточной убедительностью пятого постулата Евклида. Действительно, пятый постулат (о параллельности) имел тот же недостаток, что впоследствии копенгагенская интерпретация квантовой физики: как и эта интерпретация, пятый постулат исключал все прочие возможности поведения прямых параллельных линий, кроме единственной: параллельные не пересекаются. Аналогичный коллапс возможностей, верно? И невозможность доказать противное, поскольку невозможно проследить поведение прямых в бесконечности, как невозможно проследить дальнейшую судьбу ответвленных миров в «физической геометрии» Эверетта.

Выход был — в принятии иных постулатов. Лобачевский принял аксиому о том, что параллельных прямых не существует, и в бесконечности все так называемые прямые расходятся друг от друга. Риман принял противоположные постулат о том, что параллельных прямых не существует, и все так называемые параллельные прямые в бесконечности пересекаются. Из этих постулатов, которые были рассмотрены вовсе не из практических соображений, а исключительно из чистой возможности, возникли новые типы геометрий. То, что сначала выглядело игрой изощренного математического ума, но впоследствии оказалось физической реальностью.

Аналогичная ситуация сложилась в квантовой физике после работы Эверетта. Копенгагенская интерпретация прекрасно «работала», как прекрасно «работал» многие столетия пятый постулат Евклида. Как и пятый постулат, копенгагенская интерпретация имела «слабое место» — необходимость единственности параллельных и необходимость единственности волновой функции. Как Лобачевский принял постулат о том, что параллельных прямых не существует, и реально так называемые параллельные расходятся, так и Эверетт пришел к выводу, что «расходятся», ветвятся миры, описываемые разными решениями уравнений Шредингера.

Продолжая аналогию, можно сказать, что идея Лебедева о склейках разветвившихся миров аналогична постулату Римана о том, что параллельных прямых не существует, поскольку они в бесконечности пересекаются.

Постулаты Римана и Лобачевского в доказательствах, конечно, не нуждались. Равно не нуждались в доказательствах постулат Эверетта о ветвлении миров и постулат Лебедева об их склейках. Принятие постулатов — дело внутренней веры каждого исследователя.

Надеюсь, теперь читатель понимает, почему я выше резко возражал против использования в физике термина «параллельные миры» как искажающего физическую реальность. Как в геометриях Римана и Лобачевского нет параллельных прямых, так нет и параллельных миров в интерпретациях Эверетта и Лебедева. В первом случае миры «расходятся», ветвятся из некой точки бифуркации. Во втором случае миры могут в разных точках пространства-времени пересекаться, «склеиваться».

Принятие той или иной аксиомы (постулата) — проблема не физического анализа. На первых этапах развития аксиоматических теорий это вопрос веры и взаимопонимания.

Аксиоматическая природа эвереттики стала одной из причин того, что физике (особенно экспериментальной) понадобились десятилетия для принятия этой важной дисциплины в ареал общепринятых физических теорий. Не конкретные наблюдения (которые, конечно, были впоследствии проведены, иначе мы сейчас жили бы в другой ветви многомирия) привели к принятию эвереттики философами, физиками и историками науки, но именно красота аксиоматики и внутреннее совершенство эвереттических построений (затем пришло и внешнее оправдание в виде наблюдательных и экспериментальных подтверждений).

* * *

Безусловно, отдельным типом многомирия является множество миров, возникающих в результате инфляционного расширения Вселенной в процессе Большого взрыва. Желающих более подробно узнать, что такое космологическая инфляция, отсылаю к многочисленным популярным описаниям этого явления. Рекомендую, например, книги Грина (2011) и современный анализ в работе Houston & Wexford (2052).

В чем принципиальное отличие инфляционного многомирия от лоскутного? Инфляционные пузырьки-вселенные возникают в результате эволюции первичного инфляционного образования. Пузырьки-вселенные связаны общим эволюционным процессом со всеми предшествовавшими мирами-пузырьками (и следовательно — с последующими также, поскольку все вновь возникающие вселенные связаны с предшествовавшими взаимными связями). Но еще более важной особенностью инфляционного многомирия является то обстоятельство, что пузырьки-миры — это новые вселенные с собственным пространством-временем, а потому законы физики, действующие в пределах одного пузырька-мира, не распространяются на другой пузырек-мир. Топологически две любые вселенные-капли, возникшие в процессе общей инфляции, могут располагаться внутри друг друга, вне друг друга, пересекаться в множестве точек и так далее. Каждая капля-вселенная практически мгновенно достигает размеров, сравнимых с нашей Вселенной, и при этом мы не можем говорить о том, что эта вторая капля располагается вне границ нашей Вселенной, как не можем говорить и о том, что эта вторая капля располагается внутри нашей Вселенной. Эти две вселенные могут, с точки зрения математики, занимать одно и то же пространство-время, никак друг с другом не взаимодействуя. Но не исключается и вариант, когда эти две вселенные могут взаимодействовать, и для такого типа «межкапельных» взаимодействий, очевидно, неприменим постулат Эйнштейна о скорости света, как пределе скоростей. Принцип относительности безусловно действует в каждой капле отдельно, но неприменим при межкапельных (межмировых) взаимодействиях. Именно поэтому мы можем говорить, что инфляционное расширение бесконечно порождает новые миры с собственным пространством-временем (или отсутствием пространства-времени, поскольку существуют вселенные, не обладающие четырьмя известными нам координатами.