Виктор Стенджер - Бог и Мультивселенная. Расширенное понятие космоса

• Название: Бог и Мультивселенная. Расширенное понятие космоса
• Автор: Виктор Стенджер
• Издательство: Питер
• Жанр: Научпоп
• Год: 2016
• ISBN: 978-5-496-01765-7

На наших глазах фантастика становится реальностью. Новейшие исследования позволяют предположить, что наблюдаемая часть Вселенной — лишь крошечный участок несравненно более обширной и грандиозной Мультивселенной. В этой книге увлекательно и доступно рассказано о формировании современной картины мира, о том, как решительно и болезненно она пересматривалась с развитием науки, о том, какие невероятные горизонты открываются перед космологией, стоит только выйти из плоскости, заданной теорией Большого взрыва и традиционной астрофизикой.

Последняя работа Виктора Стенджера, в которой он фактически подводит итоги своей научной деятельности и жизни, убедительно доказывает, что Мультивселенная могла возникнуть естественным путем, без вмешательства каких-либо высших сил.

---

Наши теории часто содержат не поддающиеся наблюдению вещи, такие как кварки и черные дыры. И, как мы вскоре увидим, эмпирическое свидетельство существования других вселенных вовсе не находится за гранью возможного. Любое явление, которое вписывается в жизнеспособную гипотезу и в принципе обнаружимо, полноправно считается частью науки.

Сама идея о том, что может существовать много вселенных, имеет настолько ошеломляющие последствия, что за последние 30 лет или более ей была посвящена масса литературы в области науки, философии и теологии{340}. Я не буду пытаться охватить все, что было написано по этому вопросу, а ограничусь лишь самыми свежими выводами, которые мы можем сделать из наиболее простых допущений.

Вечная инфляция

В 1983 году космолог Александр Виленкин с некоторым трепетом предложил гипотезу так называемой вечной инфляции{341}. Согласно теории вечной инфляции, если расширение начинается, оно никогда не заканчивается, и все это время создаются новые вселенные. В 1986 году Андрей Линде развил эту идею и показал, как может быть так, что Вселенная неограниченно воспроизводит себя и «может не иметь ни начала, ни конца»{342}.

Согласно Виленкину и Линде, вечная инфляция приводит к постоянному появлению вселенных внутри других вселенных с образованием фракталоподобной структуры{343}. По сути, в то время, как пузырь вселенной экспоненциально расширяется до значительно большего размера, другие пузыри могут зарождаться в постоянно растущем пространстве де Ситтера, окружающем исходный пузырь. Этот процесс продолжается вечно вплоть до далекого будущего.

В модели, предложенной Энтони Агирре из Института перспективных исследований в Принстоне и Стивеном Граттоном из Принстонского университета, зародышевые пузырьки представляют собой бивселенные, подобные описанным выше, с противоположными друг другу стрелами времени{344}.

Как насчет прошлого? Уильям Лейн Крейг продолжил попытки найти подтверждения творению в космологии, отрицая, что время бесконечно продолжается в прошлое так же, как и в будущее. Наконец признав, что наша Вселенная может быть не единственной, он говорит: «Даже если наша Вселенная — это всего лишь крохотная часть так называемой Мультивселенной, состоящей из множества вселенных, все равно из теоремы БГВ следует, что у самой Мультивселенной должно быть абсолютное начало»{345}.

Как мы уже узнали, из теоремы БГВ следует только то, что у инфляции было начало. Она ничего не говорит о начале Мультивселенной. Более того, в случае бивселенной две вселенные имеют общее начало и расширяются в противоположных временных направлениях. В картине вечной инфляции новые вселенные постоянно формируются в каждом из этих расширяющихся пространств с противоположными стрелами времени.

Я думаю, Крейг может заявить без каких-либо доводов и доказательств, что вся эта штука, которую мы можем назвать Большой штукой[26], была сотворена Богом. Но давайте отложим обсуждение теологических выводов на закуску и сначала рассмотрим некоторые из оставшихся научных вопросов.

Разрешение проблемы энтропии

В своей книге «От вечности до наших дней» Шон Кэрролл рассматривает популярный вопрос: почему энтропия Вселенной вначале была такой низкой? Этот вопрос называется проблемой энтропии. Вообще, я бы упрощенно ответил, что она была низкой вначале, потому что именно так мы определяем начало — как момент, когда энтропия была минимальной. На самом же деле, как объясняет Кэрролл, вопрос заключается в том, почему это крайне маловероятное состояние в принципе возникло в какое бы то ни было время. Если Вселенная появилась благодаря случайным процессам, то она должна была начаться с гораздо большей энтропией. Это все равно что бросить миллиард игральных костей и получить все шестерки.

Разумеется, если Мультивселенная безгранична, то все возможные комбинации выпадут неограниченное число раз. Но этот ответ слишком прост и столь же неинформативен, как если бы мы сказали, что это сделал Бог.

После внимательного рассмотрения всех этих вариантов Кэрролл показывает, что вечная Мультивселенная предоставляет убедительное решение проблемы энтропии. Он задает ключевой вопрос: как должна выглядеть Вселенная, если она абсолютно естественна? Его ответ: «Естественная Вселенная — которая бы не полагалась на тонко настроенные контрольные условия низкой энтропии в любой точке в прошлом, настоящем или будущем — по сути, представляла бы собой пустое пространство»{346}.

Далее, как мы уже знаем, пустое пространство описывается решением уравнений Фридмана, которое предложил де Ситтер, и такое пространство может иметь положительную космологическую постоянную Λ, которая эквивалентна постоянной плотности энергии вакуума и приводит к экспоненциальной инфляции. Можно показать, что энтропия обратно пропорциональна порядку Λ. Поэтому если космологическая постоянная велика, то энтропия будет мала.

В главе 12 я описал, каким образом, согласно Линде, квантовые флуктуации в пространстве де Ситтера могут поднять потенциальную энергию инфлятонного поля, подобно тому как отец подталкивает свою дочь, сидящую на качелях. Это эквивалентно зарождению космологической постоянной. В данном случае мы можем представить себе область пространства, которая испытывает такую флуктуацию и превращается в расширяющийся пузырек. В большинстве случаев этот пузырек сожмется обратно в ничто.

Однако изредка эта флуктуация случайно может оказаться очень большой. Тогда из-за трения один пузырек останется в состоянии высокой энергии достаточно долго, что позволяет ему увеличиться на много порядков. Тогда он может выделиться из исходного фонового пространства и превратиться в отдельный пузырь Вселенной.

Поскольку у этого пузыря Вселенной будет большая космологическая постоянная, у него будет низкая энтропия. Это разрешает проблему энтропии: чтобы расширяющийся пузырь Вселенной мог возникнуть от квантовой флуктуации, у него должна быть низкая энтропия. Это не нарушает второй закон термодинамики, поскольку мы можем рассматривать пузырь Вселенной и фоновое пространство как единую систему, в которой общая энтропия все еще возрастает, а фон восполняет энтропию, потерянную при создании пузыря Вселенной (или больше).

Заметьте, что все это может происходить без всякой внутренней движущей силы, то есть посредством чисто случайной, хаотичной инфляции. Поскольку все симметрично, то не требуется никаких специально созданных законов физики, только метазаконы и внутренние законы. Модели, которые мы используем для описания происходящего, по логике вынуждены заключать в своих формулировках те принципы, которые вытекают из симметрии, — метазаконы. К ним относятся все законы сохранения, специальная и общая теории относительности, а также квантовая механика. Они вытекают из симметрии пустоты. В дальнейшем спонтанное нарушение симметрии порождает внутренние законы, которые необходимы для развития сложности.

Обнаружение других вселенных

Распространенный аргумент против других вселенных — мы не можем даже наблюдать их. Однако вполне вероятно, что можем. На заре существования нашей Вселенной другая вселенная могла оказаться достаточно близко для того, чтобы ее гравитация повлияла на изотропию реликтового излучения. Или пузыри могли столкнуться, оставив друг на друге вмятины. Обнаружение крупномасштабной анизотропии в реликтовом излучении может свидетельствовать о существовании вселенной вне нашей. Космический телескоп «Планк» подтвердил несколько необъясненных аномалий такого рода, которые были отмечены при более ранних наблюдениях на WMAP{347}.

Поскольку наблюдение другой вселенной вне нашей стало бы величайшим научным открытием в истории, не ждите, что какие-либо космологи станут заявлять подобное, пока не исключат все остальные возможности до высочайшей степени уверенности и не дождутся неоднократной независимой проверки данных. В случае с «Планком» команда исследователей не сочла это свидетельство достаточно значимым, чтобы публиковать какое-либо заявление.

Проще говоря, гипотеза единственной Вселенной требует, чтобы Вселенная была сферически симметрична. Любое значимое отклонение от этого доказало бы, что вне Вселенной что-то есть. В какой-то момент наши теории, возможно, смогут предсказать количественное отклонение от сферической симметрии, ожидаемое в модели Мультивселенной. И в какой-то момент данные о реликтовом излучении, полученные в ходе экспериментов будущего, могут стать достаточно точными для того, чтобы проверить это предсказание. Это сделает гипотезу Мультивселенной фальсифицируемой. Уже одной этой перспективы должно быть достаточно, чтобы понятие множественных вселенных могло оставаться частью академического научного дискурса.