Вокруг Света - Журнал «Вокруг Света» №01 за 2009 год

Среди научных подходов к объяснению тонкой настройки Пол Дэвис называет две остро конкурирующие идеи. Одна из них утверждает, что существующая настройка Вселенной выводится из некой еще не построенной фундаментальной физической теории с такой же математической непреложностью, как значение числа из геометрических построений. Противостоит ей идея Мультиверса, утверждающая, что мы живем в одной из огромного числа не связанных между собой вселенных, где редкостным образом совпали благоприятные для жизни параметры. Нас не удивляет, что мы обитаем в уникальном для Вселенной месте — на поверхности планеты с кислородной атмосферой, поскольку в других условиях просто не могли бы появиться. Так почему бы не допустить, что и сама наша Вселенная — лишь один из множества миров, со своими законами физики в каждом. Конечно, абсолютное большинство этих вселенных из-за «неправильных» настроек окажутся безжизненными, но об этом все равно никто не узнает, а мы появились в одной из тех, где это было возможно.

Есть много идей о том, как возникают и где существуют эти вселенные. Американский космолог Александр Виленкин совместно с испанским астрофизиком Хауме Гарригой разработали теорию, по которой в результате квантовых флуктуаций из ничего (состояния без времени и пространства) рождается бесконечное множество не связанных между собой вселенных со всеми возможными вариантами параметров. По гипотезе американского астрофизика Ли Смолина, от любой вселенной могут отпочковываться новые с иными характеристиками. Но есть и не столь экзотичное предположение о том, что фундаментальные постоянные очень медленно варьируются в пространстве и времени, так что где-то далеко за горизонтом видимости нашей Вселенной физика становится совсем иной, а мы просто находимся на одном из редких пригодных для жизни островков. В любом из этих вариантов антропные совпадения объясняются тем, что несовместимые с жизнью вселенные просто лишены наблюдателей.

Идея Мультиверса — наиболее естественное объяснение тонкой настройки Вселенной. Нередко ее даже отождествляют с самим антропным принципом. Но в то же время это одна из самых неоднозначных теорий современности. Поначалу она была весьма холодно принята научным сообществом. Это понятно. Ведь важнейший критерий научности — экспериментальная проверяемость. Но как проверить гипотезу о существовании вселенных, совершенно изолированных от нашей и потому абсолютно ненаблюдаемых?

Был ли у создателя выбор?

Эпиграфом для конкурирующего научного подхода может служить знаменитый вопрос Альберта Эйнштейна : «Был ли у Бога выбор, когда он творил Вселенную?» Эти слова выражают заветную мечту многих физиков открыть теорию, из которой выводятся значения фундаментальных постоянных и свойства всех частиц. Основания современной теоретической физики далеки от совершенства. Три из четырех фундаментальных взаимодействий описываются квантовой теорией поля и Стандартной моделью элементарных частиц. Но математически они несовместимы с общей теорией относительности, описывающей гравитацию. К тому же в последние годы обнаружены физические явления, отклоняющиеся от предсказаний Стандартной модели. Это заставляет физиков упорно искать новую единую Теорию Всего, и в числе главных претендентов на это звание — сложнейшая математическая конструкция, известная под названием теории струн.

Дэвид Гросс, нобелевский лауреат по физике 2004 года, считает, что антропный принцип опасен для науки, поскольку отрицает необходимость поиска окончательных объяснений параметров нашего мира. Фото: RUSSIAN LOOK

Все элементарные частицы в этой теории представлены не точками, а крошечными туго натянутыми колечками — струнами, размером в миллиарды миллиардов раз меньше атомного ядра. Эти колечки постоянно вибрируют, подобно подброшенной в воздух велосипедной покрышке. Причем происходит это не в трех, а в десяти пространственных измерениях, где у струны куда больше разных способов  колебаться. Из-за крайне малых размеров струн нам не видны их безумные извивы, но каждому типу их колебаний соответствует определенный набор свойств элементарной частицы — масса, заряд, спин и т. п. Все параметры элементарных частиц чисто математически выводятся из анализа возможных колебаний одинаковых элементарных струн — не теория, а мечта! Надо только убедиться, что вычисленные характеристики частиц совпадают с наблюдаемыми, и станет ясно, что никакая другая Вселенная невозможна — у Создателя просто не было выбора. Антропный же принцип придется списать на свалку истории как геоцентризм конца XX века.

В мае 2006 года в Москве с публичной лекцией выступал один из ведущих специалистов по теории струн нобелевский лауреат Дэвид Гросс. Об антропном принципе он отзывался так: «...люди приходят к этим мыслям от чувства беспомощности... я убежден... что вещи, которые кажутся специально созданными для нашего существования, со временем получат естественное объяснение». Многие физики считают антропный принцип и рассуждения о Мультиверсе своего рода капитуляцией перед трудностями поиска окончательной теории. К сожалению, новая математика действительно чрезвычайно сложна, и работа над ней периодически заходит в тупик. В очередной из них теория струн попала незадолго до того, как Дэвид Гросс приехал популяризировать ее в Москве.

Как известно, у нашего пространства три измерения. И эта фундаментальная постоянная тоже безупречно «настроена»: лишь в трехмерном пространстве устойчивы атомы и планетные системы, при другой размерности они неизбежно разрушаются. Однако набор степеней свободы струн, достаточный для описания свойств всех частиц, появляется только в десятимерном пространстве. Это противоречие можно разрешить, допустив, что 7 из 10 измерений свернуты, то есть в соответствующих направлениях Вселенная имеет микроскопические размеры, сравнимые с колечками струн. При таком предположении и волки сыты, и овцы целы — струны получают необходимые им 10 измерений, а свернутые измерения не нарушают трехмерность нашего макромира.

Все бы хорошо, но оказалось, что свернуть «лишние» измерения можно по-разному, подобно тому, как разными способами вяжутся узлы на веревке. И каждому способу свертки соответствует свой набор колебаний струн, а значит, свой набор фундаментальных постоянных. Поначалу физики надеялись найти среди возможных вариантов один, точно соответствующий нашему миру, но потом выяснилось, что свернуть лишние измерения можно примерно... 10500 способами. Непонятно, как из такого невообразимого множества обоснованно выбрать один-единственный вариант.

Когда обнаружилась эта проблема, один из ведущих специалистов по теории струн, Джозеф Полчински, бывший до этого ярым противником антропного принципа, неожиданно пересмотрел свои взгляды и поддержал идею Мультиверса. Он полагает, что должны существовать все варианты свертки лишних измерений, и каждому соответствует вселенная со своим набором физических законов. Лишь в ничтожной доле этих миров, возможно, в одном на 10100, может зародиться разум, но этого все равно достаточно для антропной аргументации.

Принцип заурядности

И все же ненаблюдаемость других вселенных всерьез ставила под вопрос научность антропного принципа. Если сравнить новую концепцию множественности миров с идеями Джордано Бруно, то преимущество будет не на стороне Мультиверса. Ведь другие звезды, о которых говорил Бруно, были по крайней мере видны на небе, а возможность получить сигнал из другой вселенной исключена в принципе.

Поразительно, но полная ненаблюдаемость других вселенных не помешала предложить способ проверки гипотезы Мультиверса. Александр Виленкин взял за основу выдвинутый им принцип заурядности, или обобщенный вариант принципа Коперника: если человечество — лишь одна из цивилизаций бесконечного Мультиверса, то наше положение случайно, но лишь в той мере, в которой развитие жизни вероятно в том или ином месте. Среди немногих сочетаний фундаментальных постоянных, допускающих появление наблюдателей, не все равноценны. При «пограничных» значениях вероятность возникновения разумных существ будет низка. Для конкретной теории Мультиверса можно построить распределение вероятностей, выделяющее наиболее благоприятные для жизни значения фундаментальных постоянных с длинными «хвостами», где существование высокоразвитой жизни возможно, но маловероятно.

Измерить фундаментальные постоянные мы можем только в одной — нашей Вселенной, но если Мультиверс действительно существует, то полученные значения, согласно принципу заурядности, с высокой вероятностью окажутся в зоне, наиболее благоприятной для жизни. Напротив, если Вселенная единственна, а ее параметры безальтернативно определены некой окончательной физической теорией, то вряд ли они попадут в небольшую зону максимального благоприятствования для жизни (хотя, конечно, они должны быть в области, принципиально допускающей жизнь, раз уж  она существует). Таким образом, мы получаем пусть и не очень надежный, но все-таки экспериментальный метод отличить Мультиверс от единственной уникальной Вселенной. И этот метод уже был применен.