Чи існує Мультисвіт насправді?

Доказ існування паралельних всесвітів, зовсім не схожих на наш, може виявитися за межами можливостей науки. За останні десятиліття в космології з’явився новий напрям наукової діяльності, що захопив багатьох учених. Всесвіт, який розширюється навколо нас, може виявитися не єдиним: нас можуть оточувати мільярди інших всесвітів. Можливо, наш світ є лише частиною Мультисвіту.

У статтях журналу «В мире науки», а також у книжках, наприклад в останній книжці Браяна Ґріна (Brian Greene) «Прихована реальність» (The Hidden Reality), провідні вчені обговорюють цю «надкоперниківську революцію». Не лише наша планета є однією з багатьох, а й сам наш Всесвіт — лише піщинка в масштабах космосу; один із незліченних всесвітів, кожен із яких не схожий на інші. Слово «Мультисвіт» багатозначне. Розмір космологічного горизонту, тобто області, доступної астрономічним спостереженням, становить близько 42 млрд світлових років. Однак у нас немає причин вважати, що Всесвіт обмежений цією областю. Далі можуть простягатися інші, і їх може бути нескінченно багато. Кожна має інший початковий розподіл речовини, але однакові для всіх фізичні закони. Практично всі космологи, включно зі мною, приймають таку гіпотезу будови Мультисвіту. Космолог Макс Теґмарк (Max Tegmark) називає її «Рівень 1». Однак знайшлися й ті, хто дотримується радикальнішої гіпотези: всесвіти Мультисвіту можуть бути цілком різними, з різними законами фізики, різними історіями й, можливо, навіть із різною кількістю просторових вимірів. Більшість таких всесвітів стерильні, але деякі можуть бути придатними для життя. Головний натхненник цього «Рівня 2» — Александр Віленкін (Alexander Vilenkin). У нескінченній множині всесвітів є нескінченна множина галактик і, отже, нескінченна множина планет і навіть нескінченно багато людей із вашим ім’ям, які зараз читають ці рядки.

Подібні твердження неодноразово висловлювали ще з античних часів. Однак тепер концепція Мультисвіту претендує на статус наукової теорії, положення якої можна математично строго сформулювати й експериментально перевірити. Особисто я ставлюся до цього скептично: навряд чи можна довести існування всесвітів, що лежать за межами нашого. Прихильники теорії Мультисвіту, прагнучи розширити наше уявлення про фізичну реальність, тим самим змінюють зміст поняття «наука».

За горизонтом

Той, хто поділяє радикальну концепцію Мультисвіту, може запропонувати кілька сценаріїв його виникнення та вказати, де розташовані всі «дочірні» світи. Так, за моделлю Алана Ґута (Alan H. Guth), Андрія Лінде (Andrei Linde) та інших, численні всесвіти можуть розташовуватися дуже далеко від нас, у причинно не пов’язаних областях простору, що формуються під час хаотичної інфляції. Інші всесвіти можуть існувати в різні часові епохи, як це запропонували в моделі циклічного Всесвіту Пол Стейнхардт (Paul J. Steinhardt) і Ніл Турок (Neil Turok) (див.: Венеціано Г. Миф о начале времен ). Вони також можуть існувати в одному просторі з нами, але за різних реалізацій квантової хвильової функції, як припускає Девід Дойч (David Deutsch). Вони можуть узагалі не мати певної просторової локалізації, будучи цілком відокремленими від нашого простору-часу, як припускають Макс Теґмарк і Денніс Шама (Dennis Sciama) (див.: Теґмарк М. Параллельные вселенные ).

З усіх перелічених варіантів найпопулярніший — підхід у межах моделі хаотичної інфляції. Далі я говоритиму саме про нього, хоча низку зауважень можна віднести й до інших моделей Мультисвіту. Ідея полягає в тому, що світ загалом являє собою порожнечу, яка вічно розширюється й у якій через квантові ефекти безперервно народжуються нові всесвіти; цей процес нагадує видування мильних бульбашок. Ідея інфляції походить із 1980-х рр.; фізики, які працювали над нею, спиралися на найвсеосяжнішу теорію природи — теорію струн. Згідно з нею, бульбашки дуже відрізняються одна від одної: не лише різним розподілом речовини, а й різним її типом. У нашому Всесвіті такі частинки, як електрони й кварки, взаємодіють між собою за допомогою різних сил, наприклад електромагнітних. В інших всесвітах можуть бути зовсім інші частинки, що підкоряються іншим взаємодіям; тобто фізичні закони в різних частинах Мультисвіту можуть відрізнятися. Усю сукупність цих законів називають ландшафтом (див. статтю Рафаеля Буссо (Raphael Bousso) та Джозефа Полчинського (Joseph Polchinski) Ландшафт теорії струн). У деяких інтерпретаціях теорії струн ландшафт гарантує величезне різноманіття всесвітів.

Багато фізиків, які міркують про Мультисвіт, обстоюють концепцію ландшафту теорії струн, не зважаючи на інші можливі інтерпретації паралельних світів. Для них не важливі фундаментальні заперечення проти Мультисвіту як наукової концепції. Теорію визнають життєздатною чи ні залежно від внутрішньої несуперечливості її положень або, за можливості, залежно від експериментальних досліджень. За такого підходу концепцію Мультисвіту задають аксіоматично. Прихильників такого підходу не турбують питання про походження самого Мультисвіту. Але для космологів це важливо.

З погляду космолога головна проблема всіх теорій, пов’язаних із Мультисвітом, — наявність космологічного горизонту, що обмежує область застосування астрономічних інструментів. Горизонт існує, тому що сигнали, які звідусіль надходять до спостерігача, поширюються зі скінченною швидкістю, що не перевищує швидкості світла. Від моменту народження нашого Всесвіту сигнали встигли пройти певний шлях. Усі паралельні всесвіти лежать за межами цього горизонту й залишаються поза нашим полем зору нині й повсякчас, незалежно від майбутнього технічного прогресу людства. Інакше кажучи, паралельні всесвіти надто далекі від нас, щоб коли-небудь хоч якось на нас вплинути.

Таким чином, жодне з тверджень прихильників існування Мультисвіту неможливо перевірити шляхом спостережень. Існують заперечення проти цієї точки зору: усю необхідну інформацію про процеси, що відбуваються як завгодно далеко від нас, можна отримати, перебуваючи в межах горизонту. Це екстраполяція цілком особливого роду, адже насправді ми не знаємо й не можемо знати, що відбувається в областях за горизонтом. Можливо, наш Всесвіт замкнений на надвеликих відстанях і нескінченності взагалі не існує. Можливо, вся речовина у Всесвіті десь закінчується, а далі до нескінченності простягається цілком порожній простір. Можливо, самі простір і час завершують своє існування в сингулярності — на межі нашого Всесвіту.

Сім сумнівних аргументів

Майже всі прихильники гіпотези Мультисвіту знають про згадану проблему й обережні у своїх судженнях, але вважають, що можна зробити розумні припущення про найважливіші властивості Мультисвіту. Їхні аргументи поділяються на сім основних типів, кожен з яких призводить до нерозв’язаних проблем. Простір безмежний. Простір простягається за наш космологічний горизонт, і багато інших доменів, подібних до нашого Всесвіту, лежать поза областю, доступною нашим спостереженням. Якщо такий обмежений тип Мультисвіту існує, то ми можемо екстраполювати те, що бачимо, на домени за горизонтом. У міру віддалення наша екстраполяція ставатиме дедалі менш визначеною. Легко уявити собі безліч різноманітних доменів, зокрема й таких, у яких можуть порушуватися закони фізики, — але це буде так далеко, що ми цього ніколи не побачимо. Проблема такої екстраполяції полягає в тому, що ніхто не може визначити, маємо ми рацію чи ні. Як учені зможуть вирішити, чи правильна картина далеких частин Мультисвіту, яку вони представили на основі екстраполяції наявних спостережень? Чи можуть інші домени-всесвіти мати різні початкові розподіли речовини, чи вони також можуть мати різні значення фундаментальних фізичних сталих, таких як константи ядерної взаємодії? Залежно від наших припущень виявляється можливим отримати будь-що.

Відомі закони фізики передбачають інші домени. У сучасних теоріях об’єднання фізичних взаємодій виникають нові сутності, такі як гіпотетичні скалярні поля, які можуть заповнювати простір і визначати його властивості. Наприклад, поле інфлатона може бути відповідальним за інфляцію — експоненціальне розширення всесвітів. У моделі хаотичної інфляції процес народження й розширення всесвітів може бути вічним. Моделі зі скалярними полями мають добре теоретичне обґрунтування, проте фізична природа таких полів залишається невідомою. Крім того, фізики не можуть навести достатньо підстав, щоб довести, що динаміка таких полів здатна приводити до появи різних фізичних законів, які діють у різних всесвітах.

Теорія, що передбачає нескінченну кількість всесвітів, проходить ключову перевірку спостереженнями. Космічне мікрохвильове фонове (тобто реліктове) випромінювання характеризує ранній гарячий Всесвіт і демонструє, який вигляд він мав наприкінці інфляційної стадії первинного розширення. Деталі цієї картини показують, що наш Всесвіт справді пройшов стадію експоненціального розширення. Але не всі теоретично можливі варіанти інфляції тривають вічно й породжують нескінченну кількість дочірніх всесвітів. Спостереження не можуть виокремити єдину модель інфляції серед багатьох інших. Деякі космологи, наприклад Стейнхард, навіть погоджуються з тим, що вічна інфляція має привести до інших «відбитків» на реліктовому випромінюванні, ніж ті, що спостерігаються (див.: Стейнхард П. За і проти космологічної інфляції). Лінде та деякі інші космологи не погоджуються з такою точкою зору. Хто ж із них має рацію? Відповідь залежить від того, якими ми припускаємо фізичні властивості поля, що спричиняє інфляцію.

Фундаментальні константи тонко налаштовані для існування життя. Важливе зауваження щодо нашого Всесвіту полягає в тому, що всі фізичні сталі мають такі значення, які уможливлюють існування складних структур, зокрема живих організмів. Стівен Вайнберг (Steven Weinberg), Мартін Ріс (Martin Rees), Леонард Сасскінд (Leonard Susskind) та інші вважають, що концепція нескінченно різноманітного Мультисвіту дає чудове пояснення наявним значенням фундаментальних фізичних констант. Якщо світ нескінченний і допускає будь-що, то рано чи пізно випадковим чином виникне світ, пристосований для нашого існування. Такий аргумент, зокрема, застосовували для пояснення спостережуваної густини темної енергії, яка спричиняє сучасне прискорене розширення Всесвіту. Я погоджуюся з тим, що концепція Мультисвіту дає нам одне з можливих пояснень значення густини темної енергії, причому це єдине науково обґрунтоване припущення про значення цієї густини, яке ми сьогодні маємо. Але в нас немає надії перевірити це припущення шляхом спостережень. Крім того, теоретичні дослідження цього питання показують, що основні рівняння фізики залишаються незмінними для всіх областей Мультисвіту, а відмінності присутні лише в значеннях фундаментальних сталих. Однак якщо сприймати концепцію Мультисвіту серйозно, то в цьому немає потреби (див.: Дженкінс А., Перес Г. У пошуках життя в Мультивсесвіті).

Фундаментальні константи роблять Мультисвіт передбачуваним. Цей аргумент удосконалює попередній завдяки припущенню, що наш Всесвіт пристосований до життя мінімальною мірою. Прихильники такого підходу оцінили ймовірності різних значень густини темної енергії. Що більше це значення, то воно ймовірніше; але водночас менш імовірна поява життя. Значення густини темної енергії, яке ми спостерігаємо, балансує на межі сприятливих для нас значень. Проблема цього аргументу в тому, що ми не можемо застосувати ймовірнісний підхід, якщо не існує Мультисвіту, до якого можна було б застосувати саму концепцію ймовірностей. Таким чином, цей аргумент дає змогу отримати бажане, заклавши його як початкову умову ланцюга міркувань. Цей аргумент незастосовний, якщо існує лише один всесвіт. Імовірнісний підхід доводить узгодженість гіпотези Мультисвіту, але не саме його існування.

Теорія струн передбачає різноманіття всесвітів. Спочатку теорія струн мала пояснити все на світі, а тепер стала теорією, у якій може реалізуватися практично все. У своєму нинішньому стані теорія струн передбачає, що багато основних властивостей нашого Всесвіту суто випадкові. Якщо Всесвіт єдиний у своєму роді, то його властивості непоясненні. Наприклад, як ми можемо зрозуміти той факт, що фізика має саме ті властивості, які потрібні для існування життя? Якщо наш Всесвіт — один із багатьох, то його властивості набувають сенсу. Ці властивості — єдино можливі в нашій області простору. Якби ми жили в інших областях, то спостерігали б інші властивості, якщо, звісно, вони виявилися б сумісними з нашим існуванням. Однак теорію струн поки що неможливо перевірити експериментальними методами; досі вона не повністю сформульована навіть теоретично. Якщо ми зможемо довести, що теорія струн правильна, то всі її передбачення стануть обґрунтованими, і таким чином гіпотеза Мультисвіту дістане підтримку. Але поки що ми не маємо доказів.

Усе, що може статися, стається. Намагаючись пояснити, чому в природі реалізуються саме такі, а не інші закони, деякі фізики й філософи вважають, що природа не робить вибору, не віддає переваги тим чи іншим законам: усі можливі закони десь таки реалізуються. Частково ця ідея походить із квантової механіки. Як колись сказав Мюррей Ґелл-Манн (Murray Gell-Mann), «усе, що не заборонено, дозволено». У квантовій теорії частинка рухається всіма можливими шляхами, а спостерігач фіксує певну усереднену траєкторію. Можливо, те саме справедливе й для поведінки всесвітів у Мультисвіті. Але астрономи не мають змоги спостерігати всі можливі варіанти. Ми не можемо навіть знати, чи існують ці варіанти. Ми можемо лише уявити ці припущення як певні неперевірні принципи або правила, що визначають, що правильне, а що ні. Наприклад, що всі можливі математичні структури мають бути реалізовані в деякій фізичній області (так пропонує М. Теґмарк). Однак ми не знаємо, який тип існування випливає з цих принципів, що мають охоплювати й наш світ. Крім того, у нас немає способу перевірити, чи існують такі принципи організації. Їх застосування до реального світу видається суто умоглядним.

Відсутність доказів

Попри слабкість теоретичних аргументів, космологи запропонували кілька емпіричних перевірок існування паралельних всесвітів. Реліктове випромінювання може містити сліди інших всесвітів, якщо наш Всесвіт коли-небудь стикався з ними за сценарієм хаотичної інфляції. Це випромінювання може містити й сліди всесвітів, які існували до Великого вибуху в межах сценарію нескінченного циклу всесвітів. Отже, є способи виявити реальні докази існування інших світів. Деякі космологи стверджують, що вже бачать шукані ознаки. Але спостереження та їхня інтерпретація дуже спірні; до того ж багато гіпотетично можливих типів мультисвітів не здатні проявляти себе таким чином. Інакше кажучи, спостерігачі можуть перевірити лише вузький клас моделей. Ще одна спостережна перевірка — пошук змін однієї чи кількох фундаментальних сталих, щоб підтвердити, що закони фізики не такі вже й незмінні. Деякі астрономи стверджують, що вже знайшли такі зміни (див.: Берроу Д., Вебб Д. Непостоянные постоянные). Але більшість вважає ці докази сумнівними. Третя перевірка — вимірювання форми спостережуваного Всесвіту: він сферичний (додатна кривина), гіперболічний (від’ємна кривина) чи «плоский»? Моделі Мультисвіту зазвичай передбачають, що Всесвіт не сферичний, оскільки сфера замкнена на себе, а отже, має скінченний об’єм. На жаль, це ненадійна перевірка: Всесвіт за межами нашого горизонту може мати іншу форму, ніж його спостережувана частина. Ба більше, не всі теорії Мультисвіту виключають сферичну геометрію. Ефективна перевірка — топологія Всесвіту: чи викривлений він як пончик або крендель? Якщо так, то його розмір скінченний, що, безсумнівно, спростовує більшість версій інфляції, зокрема сценарії Мультисвіту, засновані на хаотичній інфляції. Така форма проявиться в повторюваних візерунках на небі, наприклад у гігантських колах у розподілі реліктового випромінювання. Спостерігачі шукали такі візерунки, але не знайшли. Утім, цей негативний результат не можна розглядати як аргумент на користь Мультисвіту. Нарешті, фізики можуть сподіватися довести або спростувати деякі теорії, що передбачають Мультисвіт. Вони могли б знайти спостережні докази проти хаотичної версії інфляції або виявити математичні чи емпіричні неузгодженості, які змусили б їх відмовитися від ландшафту теорії струн. Це підірвало б їхній ентузіазм щодо ідеї Мультисвіту, хоча й не виключило б її остаточно.

Забагато невизначеності

Загалом ідея Мультисвіту не видається продуктивною. Головна причина — надзвичайна гнучкість припущень: це радше концепція, ніж чітка теорія. Більшість її положень — радше суміш різних ідей, ніж щось цілісне. Сам по собі основний механізм вічної інфляції не приводить до того, що в різних областях Мультисвіту виникає різна фізика; для цього до нього потрібно додати іншу умоглядну теорію. Хоча їх можна було б об’єднати, гострої потреби в цьому немає.

Ключовий крок в обґрунтуванні Мультисвіту — екстраполяція від відомого до невідомого, від того, що можна перевірити, до неперевірного. Ви отримаєте різні відповіді залежно від того, що оберете для екстраполяції. Оскільки теорії, які використовують Мультисвіт, можуть пояснити майже будь-що, будь-яке спостереження можна узгодити з якимось варіантом Мультисвіту. Фактично ці «докази» підштовхують нас до того, щоб прийняти теоретичне пояснення й не наполягати на перевірці спостереженнями. Але досі саме така перевірка була найважливішою вимогою наукового методу, і, відмовляючись від неї, ми дуже ризикуємо. Якщо послабимо вимогу до надійності даних, то позбудемося основи успіху науки протягом останніх століть.

Звісно, єдине пояснення певного кола явищ краще за набір окремих тлумачень для тієї самої сукупності явищ. Якщо об’єднавче пояснення передбачає наявність неспостережуваних сутностей, таких як паралельні світи, ми могли б із цим змиритися. Але ключове запитання тут — скільки цих неспостережуваних сутностей потрібно. А саме: чи припускаємо ми більшу або меншу кількість цих сутностей, ніж кількість явищ, які хочемо пояснити? У випадку Мультисвіту ми постулюємо існування величезної — можливо, навіть нескінченної — кількості неспостережуваних сутностей, щоб пояснити лише один реальний Всесвіт. Навряд чи це узгоджується з порадою англійського філософа XIV ст. Вільяма Оккама не множити сутності понад необхідне.

Захисники ідеї Мультисвіту наводять останній аргумент: для неї немає гідної альтернативи. Хоч ученим і неприємна думка про паралельні світи, але якщо це найкраще пояснення, то ми змушені його прийняти. І навпаки, якщо хочемо відмовитися від Мультисвіту, то маємо запропонувати кращу ідею. Оцінка альтернатив залежить від того, пояснення якого типу ми готові прийняти. Фізики завжди сподівалися, що закони природи неминучі, що все відбувається так, бо не може відбуватися інакше. Але ми не змогли цього довести. Можливі й інші варіанти. Всесвіт може бути чистою випадковістю, яка реалізувалася саме таким чином. Або ж в основі всього сущого лежить певна мета, задум? Наука не може визначити, де тут істина, оскільки це вже сфера метафізики.

Учені запропонували Мультисвіт як спосіб розв’язання глибоких питань про природу буття, але ця пропозиція залишила найважливіші проблеми нерозв’язаними. Усі ті самі запитання, що виникають щодо Всесвіту, знову постають і щодо Мультисвіту. Якщо він існує, то чи виник він із необхідності, випадково або внаслідок задуму? Це метафізичне запитання, і жодна фізична теорія не відповість на нього ні щодо Всесвіту, ні щодо Мультисвіту.

Щоб рухатися вперед, ми маємо пам’ятати, що в науці практика — критерій істини. Нам потрібен певний причинний зв’язок між сутностями, які ми розглядаємо, інакше все розпливається. Цей зв’язок може бути непрямим. Якщо щось неспостережуване, але абсолютно необхідне для властивостей інших сутностей, які надійно перевірені, то й саме воно може вважатися перевіреним. Але в цьому випадку обов’язково потрібен ланцюг надійних доказів. Захисникам ідеї Мультисвіту я кидаю виклик: чи зможете ви довести, що неспостережувані паралельні всесвіти конче потрібні для пояснення того світу, який ми бачимо?

Як скептик, я вважаю, що роздуми про Мультисвіт — це чудова нагода замислитися над природою науки й природою нашого буття: чому ми тут. Це спонукає до нових цікавих думок і слугує плідною дослідницькою програмою. Розмірковувати над цією концепцією ми маємо неупереджено, але й не надто захоплюючись. Тут важливо не збитися зі шляху. Паралельні всесвіти можуть існувати або не існувати; перевірити це неможливо. Нам доведеться жити з цією невизначеністю. Немає нічого поганого в науково обґрунтованій філософській концепції, якою і є ідея Мультисвіту. Однак ми повинні називати речі своїми іменами.

Переклад: В.Г. Сурдін

ПРО АВТОРА

Джордж Елліс (George F. R. Ellis) — космолог і почесний професор математики Кейптаунського університету (ПАР), один із провідних у світі фахівців із загальної теорії відносності Ейнштейна та співавтор, разом зі Стівеном Гокінґом, новаторської книжки «Крупномасштабная структура пространства-времени» (М.: Мир, 1977).

ДОДАТКОВА ЛІТЕРАТУРА

1. Issues in the Philosophy of Cosmology. George F. R. Ellis in Philosophy of Physics. Edited by Jeremy Butterfield and John Earman. Elsevier, 2006. http://arxiv.org/abs/astro-ph/0602280
2. Universe or Multiverse? Edited by Bernard Carr. Cambridge University Press, 2009.
3. The Hidden Reality: Parallel Universes and the Deep Laws of the Cosmos. Brian Greene. Knopf, 2011.
4. Higher Speculations: Grand Theories and Failed Revolutions in Physics and Cosmology. Helge Kragh. Oxford University Press, 2011.
5. Лукаш В.Н., Михеева Е.В. Физическая космология. М.: Физматлит, 2010.
6. Бисноватый-Коган Г.С. Релятивистская астрофизика и физическая космология. М.: КРАСАНД, 2011.

Лише зареєстровані користувачі можуть залишати коментарі. Увійдіть або зареєструйтеся.