2.2. Единая дорожная сеть

В фундаментальной физике, начиная с 70-ых годов, не было выдвинуто новых теорий, которые были бы экспериментально подтверждены. Открытие кварков, слабых бозонов и фермионов третьего поколения – это все достижения, которые произошли в период с 1970 по 2000 года, но они были лишь подтверждением теорий, выдвинутых еще в 60-ых. На рубеже веков произошло открытие того, что нейтрино могут спонтанно превращаться в нейтрино из других поколений, и что в природе существует темная энергии, но это тоже не в счет, потому что было неожиданностью для самих физиков, и еще нет согласованных теорий, которые полностью объясняют эти феномены. Так же до сих пор нет подтвержденного объяснения, открытой в конце 1930-ых годов, темной материи. Кроме этих проблем остался еще и ряд других необъясненных. Это и неоднозначные интерпретации в квантовой механике, и нерешенные парадоксы некоторых следствий из теории относительности, а так же самая главная проблема: несовместимость общей теории относительности с квантовой механикой. Пока на счет всех этих проблем имеются только неподтвержденные гипотезы.

Некоторые физики, которым довелось жить и работать в этот период, разочаровано говорят о застое в фундаментальной науке. Возможно, этот факт очень удивит читателя, который в качестве аргумента предложит очевидное явление ускоряющегося технического прогресса. Но этот читатель, вероятно, не совсем правильно разграничил понятия: инженерия и наука. Все технические достижения за текущие 40 лет в период с 1970 по 2010 год, такие как интернет, лазер, сотовая радиосвязь, развитие робототехники и атомной энергетики базируются на физических теориях, открытых до этого периода. Если говорить о развитии сотовой связи, то в основе этой технологии нет новшеств из фундаментальной физики, а первый радиопередатчик был изобретен в 1887 году. Конечно же, сотовый телефон это не только передатчик и приемник, но еще и компьютер. Однако первый цифровой компьютер тоже появился не в рассматриваемый нами период, а произошло это в 1942 году, тогда же был построен первый атомный реактор. Принцип работы лазера описал еще Эйнштейн, аж в 1916 году. Создание работающего лазера было лишь делом техники и инженерной мысли, а принцип работы естественно остался тот же.

Сейчас прогресс в технологии достигается за счет миниатюризации. Уже неоднократно было сказано, что размеры транзисторов с каждым годом становятся все меньше и меньше, и как следствие этого процесса появляются более мощные компьютеры. Также миниатюризация позволила использовать лазеры на производстве и даже в бытовой сфере, взять хотя бы оптоволоконный кабель или DVD-проигрыватель. Вообще, такой подход в итоге должен дать нам развитую нанотехнологию, которая, возможно, приведет человечество к светлому будущему, а некоторые полагают, что даже к следующей ступени в эволюции. Тем не менее, для создания продвинутой нанотехнологии, например, нанороботов, недостаточно одной миниатюризации, нужны кардинально новые инженерные идеи. А любая технологическая концепция отталкивается от фундаментальной науки.

Тем не менее, многие считают, что в целом физика близка к завершению, и все нерешенные проблемы – всего лишь маленькое звено, которое вот-вот разрешаться в рамках квантовой гравитации, а сама теория квантовой гравитации не принесет нам кардинальных технических новшеств. Что самое интересное, так же считали и в конце XIX века, когда стоял, казалось только один нерешенный вопрос о природе света.

И все-таки в XIX веке никто даже и не мог подумать ни о лазере, ни о компьютере, и уж тем более об атомном реакторе. Все это появилось, прежде всего, благодаря открытиям в фундаментальной науке, таким как теория относительности и квантовая механика. Разумно предположить, что новая фундаментальная теория, роль которой должна занять более глубокая и единая теория квантовой гравитации, должна предложить нам что-то новое, что-то, что еще никто не может представить, как атомный реактор в XIX веке. Тем, кто по-прежнему скептически относится к таким прогнозам и не видит практического смысла в исследовании фундаментальной науки, не помешало бы хорошенько подучить историю. За сотню лет до того как люди впервые задумались об атомном реакторе Майкл Фарадей рассказывал своим современникам, что магнетизм и электричество это проявления одного и тоже. Никто тогда не видел практической ценности в этом фундаментальном открытии, а сегодня мы не представляем себе, как бы выглядела современная жизнь без электрогенераторов.

Кроме того квантовая теория гравитации может стать «теорией всего», потому что способна объединить физику в единой системе уравнений, а возможно даже в единственной формуле. Чтобы понять важность этого, вспомните, как маленькие дети любят задавать вопрос «почему». Если они будут бесконечно мучить вас цепочкой вопросов «почему то, а почему тогда это», то вы, отвечая на их вопросы, неизбежно будете сдвигаться по древу наук к его истокам (см. рис.31). Любая наука и даже та, что не относится к области естествознания, отталкивается от другой более фундаментальной науки. Корни биологии лежат в химии, корни химии кроются в физике. Если бесконечно отвечать на вопрос почему, то все науки так или иначе можно свести к физике. Все разделы физики сводятся к квантовой механике и теории относительности, которые занимаются самым фундаментальным: описанием частиц, сил, энергии и пространства-времени. Обе этих теории не сводятся к единым корням. Квантовая теория гравитации должна стать тем разделом физики, которая выведет ее из чистой математики, во всяком случае, на это надеется большинство физиков-теоретиков. Тогда мы сможем продолжить ответы на цепочку вопросов «почему» до абстрактных математических понятий.

Тем не менее, наивно считать, что имея квантовую теорию гравитации, мы сможем объяснить все явления. Тех, кто считает, что все можно объяснить в природе только при помощи элементарных частиц называют редукционистами. Они иногда забывают одно простое правило, которое впервые высказал еще Аристотель, о том, что целое больше, чем сумма его частей. В науке это явление называют эмерджентностью, и считают одним из самых важных свойств системы. Система – это нечто имеющее внутреннюю структуру из отдельных элементов. Так вот особенности поведения этих элементов внутри структуры и наделяют систему свойствами, которые отличны от тех, что присущи самим элементам. Все системы подчиняются этому правилу, тем более такие сложные, как живые организмы. Задумайтесь над тем, что люди тоже являются структурой, составные элементы которой постоянно меняются. Даже все атомы внутри человеческого тела каждые пять-семь лет заменяются новыми. Поэтому наше поведение нельзя вывести непосредственно из поведения составляющих нас атомов.

В основе сложных систем лежит хаос, и сам процесс усложнения в процессе эволюции тоже по большей части происходит под влиянием хаоса. Термин «хаос» в физике немного отличается от того что мы привыкли понимать под этим словом. Это не просто беспорядок, а неупорядоченность, возникшая в результате незначительных отклонений существовавшего ранее порядка. То есть хаос это зависимость от начальных условий, небольшое изменение которых приводит к совершенно иным результатам.

Приведу доказательство важности хаоса, в создании такой структуры, как человек. Если в начальный момент образования солнечной системы мы возьмем первичный астероид, который принял участие в формировании планет, и передвинем его всего на один метр, мы изменим всю цепочку последующих столновений, что в итоге могло бы привести к тому, что возникло бы другое количество планет с иными характеристиками. В любом случае размеры, масса и орбита Земли (если бы она вообще сформировалась) были бы другими, соответственно, другими стали бы атмосферное давление и температура поверхности. Вероятно, в таких условиях жизнь не смогла бы зародиться. Чем дальше мы углубляемся в историю, тем больше зависимость от начальных условий. На формирование этого астероида в том месте и летящего с той, а не с иной скоростью вообще мог оказать влияние всего лишь случайный квантовый скачек одной частицы внутри туманности молекулярного облака, из которой сформировался протопланетный диск. Сама эволюция жизни, уже не говоря о ее зарождении, это событие, настолько зависящее от хаоса, что тут вообще сложно строить прогнозы о другом исходе событий, если бы что-нибудь случилось иначе. Изменение климатических условий, падение небесных тел, космическая радиация, движение континентов, тектоническая активность, да и просто случайные смерти отдельных особей (вспомните рассказ Р. Брэдбери «И грянул гром»*) – все это еще не полный список случайных событий, которые привели к Человеку Разумному. Наше появление это череда таких случайностей, с которыми несравнимо, ни одно хитросплетение в судьбе человека. Однако важно то, что хаос действовал в рамках определенных законов физики, которые должны сводиться к теории квантовой гравитации. Пока еще открытым остается вопрос, сыграл ли хаос воздействие на формирование самих физических законов, но так или иначе, в описании природы влияние хаоса нельзя не учитывать.

Развитие и устройство нашей вселенной тесно cвязано c явлением хаоса, поэтому теория квантовой гравитации не сможет ответить на все извечные вопросы. Ее появление не даст ответа на вопрос как зародилась жизнь или разум, потому что эти природные явления развились в результате хаотических событий и не лежат в области ее юрисдикции, но есть ряд фундаментальных проблем, которые эта теория должна объяснить:

• Объяснить парадоксы квантовой механики и ее неполноту применения.
• Объяснить парадоксы теории относительности и ее неполноту применения.
• Объяснить одновременную неприменимость квантовой механики и общей теории относительности (особенно, это касается гравитации, черных дыр и большого взрыва)
• Дать объяснение свойствам и числу частиц; а так же количеству, интенсивностям и механизмам разделения фундаментальных сил.
• Определить истинную природу пространства-времени и того что формирует свойства вакуума.
• Объяснить природу темной материи и темной энергии.
• Объяснить стартовые условия большого взрыва и выяснить существуют ли параллельные вселенные с другими стартовыми условиями.
• Окончательно определить дальнейшее развитие нашей вселенной.

Возможно «теория всего», это слишком пафосное название, потому что даже в физике она не сможет решить все проблемы. Например, вопрос о высокотемпературной сверхпроводимости не связан с фундаментальными основами нашего мира и не разрешится, если будет получен ответ на все вышеприведенные тезисы. Но возможно квантовая теория гравитации даст нам кардинально новые технологии, о которых мы даже не догадываемся. Как не догадывались, люди о возможности радиосвязи пока не узнали о том, что свет это еще не весь спектр электромагнитных волн. Эти технологии станут не только прогрессивным достижением человечества в его повседневной жизни, но и помогут создать инструменты для изучения остальных отраслей физики и всего естествознания.

Пока что еще не существует теории, которая обоснованно и полностью отвечала бы на весь перечень вопросов, но на ее место претендуют два очень перспективных кандидата. Речь идет о теории струн и теории петлевой гравитации. Вторая на данный момент, достигла немного меньших успехов, зато внутри нее гораздо меньше противоречий и она может гордиться целостной структурой. У теории струн основные принципы еще даже не сформулированы, она имеет множество версий и вариаций, а на теоретическом уровне до сих пор не существует согласованности. Зато у ее сторонников велика амбициозность, и некоторые заявляют, что теория струн якобы уже ответила на все вопросы и ее можно считать «теорией всего». Однако ответы на эти вопросы у разных теоретиков будут разные, и это заставляет усомниться в том, что они делают обоснованные выводы. Тем не менее, многими образовательными телепередачами особенно в западных странах доводы теории струн популяризируются как доказанные факты, что естественно далеко от действительности.

Основная идея в теории струн, которая присутствует во всех ее вариациях, заключается в том, что частицы это протяженные струны, а пространство должно иметь дополнительные ненаблюдаемые измерения. Однако на этом единодушие заканчивается. Согласно версиям с компактификацией струны должны быть планковских размеров и быть замкнуты, согласно версиям с локализацией планковские размеры необязательны, а концы струн должны быть свободными. До конца не могут определиться с общим количеством дополнительных измерений, не говоря уже о причине их ненаблюдаемости. Раньше считалось, что число измерений должно быть равно аж 26, потом в результате нескольких переформулировок теории, пришли к 10, затем решили что все-таки 11, а сейчас некоторые допускают, что их должно быть 12. Главные амбиции теории струн заключаются в том, что замена точечных частиц на протяженные объекты, приводит к решению парадокса взаимодействий в квантовой механике, дает корректное описание поведения гравитонов, объясняет причины разделения типов частиц и как следствие причины разделения фундаментальных сил.

Но обо всем по порядку, и начнем с парадокса взаимодействий. Взаимодействия частиц делятся на четыре типа: испускание, поглощение, аннигиляция и распад – все они могут быть изображены в виде диаграмм Фейнмана. На основе этих диаграмм можно сделать вывод, что взаимодействие происходит в какой-то определенной точке. Квантовая механика описывает частицы как точеные объекты, не имеющие размеров, следовательно, такой вывод неизбежен. Многие считают, что в этом пункте, квантовая механика противоречит сама себе. Потому что, так же как в теории относительности нет понятий абсолютного пространства и одновременного момента, в квантовой теории не существует понятий об определенной скорости и однозначном местоположении. Кроме того при подобном сближении частиц должна возникать бесконечная плотность, поэтому с точки зрения общей теории относительности любое взаимодействие частиц должно приводить к формированию черной дыры. Струны решают эту проблему, потому что в отличие от точек имеют протяженность, следовательно, взаимодействие двух струн не имеет четкого местоположения в пространстве (см. рис.32).

Как траектория частиц изображается линиями, так и траекторию движения струн можно изобразить лентами. Эти ленты называют мировыми поверхностями, именно они в теории струн являются основой для объединения квантовой механики и гравитации. Физики пытаются вывести на их основе динамичное пространство-время Эйнштейна. Таким образом, получается, что колебания струн образуют все элементарные частицы, а их движение образуют те пространственно-временные искривления, которые мы наблюдаем. Однако из-за невероятной сложности математического аппарата, используемого в теории струн, до сих пор не удалось вывести уравнения, которые точно отобразили бы суть таких проявлений. Гравитоны при этом возникают в теории естественным образом и их динамика там не вызывает никаких противоречий. Разделение сил тоже само собой появляется внутри теории и объясняется тем, что когда вакуум меняет свои свойства, некоторые струны начинают колебаться в другой тональности, а так как именно тип колебания струны определяет характеристики той частицы, которую струна представляет, то поэтому частицы начинают отличаться друг от друга.

Пытаясь, многое объяснить, приходится допускать существования чего-то нового. За лишние ненаблюдаемые измерения на теорию струн свалилось много критики обвиняющей ее в неправдоподобности. Но помимо того, что теория струн требует наличие дополнительных измерений, ей от вселенной нужно еще одно свойство, называемое суперсимметрией. Согласно этому предположению физике элементарных частиц сейчас еще не хватает гармоничности. Суперсимметрия предполагает, что подобно тому, как для каждой частицы может существовать античастица с противоположными зарядами, так и для каждого известного фермиона должен существовать бозон с такими же свойствами, но отличающийся своим квантовым вращением, а каждому известному бозону должен быть сопоставлен фермион. Такие частицы назвали суперпартнерами. Но естественно возникает вопрос, где они эти частицы. Отсутствие античастиц объясняется дисбалансом, возникшим в первые мгновения большого взрыва, но, тем не менее, их можно легко получать в экспериментах с частицами, что доказывает их существование. Аналогично и в предположении о суперпартнерах, допускается, что когда вакуум терял свою симметричность, в их отношении тоже случился некий дисбаланс, который вылился в то, что суперпартнеры приобрели очень большую массу и распались. Однако суперпартнеры не могли исчезнуть совсем в результате распадов. Должны были остаться самые легкие из них. По сравнению с другими частицами их масса все равно велика, но раз им не на что больше распадаться, то они будут стабильными. Поэтому их наличие может объяснить природу нейтралино, частиц, которые предположительно образуют темную материю. Сейчас на ускорителях тоже ведется поиск суперпартнеров, и если они будут обнаружены, и их характеристики совпадут с теми, которыми должны обладать нейтралино, то это будет не только аргументом в пользу теории струн, но и объяснением феномена темной материи.

Помимо объяснения темной материи теория суперсимметрии так же пытается объяснить, что такое темная энергия. Кроме введения дополнительных скалярных полей, были другие попытки объяснить темную энергию, представив ее как энергию самого вакуума. Ведь если в нем постоянно бушуют квантовые флуктуации и виртуальные частицы, то он должен иметь внутреннюю энергию. Однако вычисленное значение этой энергии оказалось на 10¹²³ выше уровня наблюдаемой темной энергию. Даже если внутренняя энергия вакуума и не годится на роль объяснения темной энергии, все равно не понятно, почему ее столь огромный уровень до сих пор не разорвал нашу вселенную. Суперсиметрия объясняет это тем, что в бушующей квантовой среде вакуума, виртуальные бозоны и фермионы взаимно гасят энергетический вклад друг друга. В итоге внутренняя энергия вакуума должна быть равна нулю. Но тогда основной вопрос по-прежнему остается без ответа, так что, же тогда такое темная материя с точки зрения теории суперсиммерии. Существует гипотеза, что начальный дисбаланс, который сделал суперпартнеры тяжелыми и нестабильными, а следовательно, ненаблюдаемыми при естественных условиях, он же и ответственен за то, что внутренняя энергия вакуума погашена не полностью, а проявляется в виде темной энергии.

Что еще для физики может сделать идея суперсимметрии, если окажется верной. В квантовом хаосе тоже должны рождаться виртуальные суперпартнеры, и они должны взаимодействовать с обычными виртуальными частицами. Сторонники суперсимметрии считают, что такие проявления придают массу скалярным частицам из вакуумных полей, а те за счет этого оказывают влияние на реальные частицы. Так же кроме суперсимметрии нет другого теоретического аппарата, который описал бы, почему между бозонами и фермионами появлились отличия, когда гравитация отделилась от остальных сил. Да и из расчетов получается, что если проводить их без учета суперсимметрии, то возникают погрешности при описании процесса отделения гравитации, однако если суперсимметрию учитывать все погрешности исчезают. Еще некоторые приписывают суперсимметрии решение проблемы иерархии. Если отметить массы всех частиц на шкале, то кроме необъяснимого разброса обнаружится еще большой пробел (см. рис.33), в том и видится проблема, почему природа так не равномерно распределила массы частиц. Однако есть мнения, что суперсимметрия слишком расточительная концепция, чтобы быть верной, потому что согласно ей число возможных типов частиц во вселенной должно быть в два раза больше, чем нам известно сейчас.

Критика теории струн не заканчивается на осуждении использования дополнительных ненаблюдаемых объектов. Тут в принципе и нет ничего страшного, без теоретического ввода новых еще никому неведомых элементов, вообще невозможно было бы сделать какие-либо открытия. Главные претензии связаны с невозможностью ее фальсификации. Научный метод заключается не в том, чтобы доказывать теории, как думают многие, а в том, чтобы постоянно пытаться их опровергнуть. Если теория выстоит перед всеми нападками, значит, она верна, и только тогда можно заявить, что ее доказательства неопровержимы. Пока что еще не придумано эксперимента, который мог бы однозначно опровергнуть теорию струн, и это очень сильный удар по ее статусу. К примеру, не существует эксперимента, который однозначно опроверг бы существование сверхъестественных вещей, но это совсем не значит, что такие вещи существуют, напротив это свидетельствует о нерациональности данного утверждения, и на этом же основании можно обвинять теорию струн. Сторонники теории объясняют, что такая ситуация возникла из-за того, что сегодня существует множество вариаций теории, а ее истинная формулировка еще не определена. Между существующими вариациями были найдены определенные связи, которые намекают на то, что эта истинная формулировка должна существовать, но ее поиск длиться вот уже около 15 лет. Причем история развития самой теории струн сегодня насчитывает 40 с лишним лет, и до ее полной формулировки по-прежнему еще далеко. Все физики сходятся только в одном мнении, что теория струн это одна из самых сложных теорий, которая когда-либо только рождалась в науке. 

У теории петлевой гравитации все не так сильно запутано, но от этого она тоже не становится менее простой. Как и теория струн, она тоже имеет простой и понятный отправной пункт. Основная идея теории петлевой гравитации заключается в дискретности пространства-времени. Теории струн в свою очередь присуща непрерывность, или другими словами, она придерживается идеи о неделимости геометрии пространства-времени. Теория струн утверждает, что хоть и есть планковская длина и планковское время, за пределы которых запрещают выходить законы физики, тем не менее, пространство-время остается непрерывным. То есть она считает, что нет никаких пространственных и временных атомов.

Дискретность уже вошла в мир физики в начале двадцатого века. Тогда было выяснено, что такова природа материи, представленной отдельными элементарными частицами и такова природа энергии, которая на фундаментальном уровне может распространяться только отдельными порциями (квантами). Все это описывает квантовая механика, и поэтому она является дискретной теорией, вероятно и теория квантовой гравитации тоже должна в основе своей иметь дискретность. Когда теоретики начали работать над теорией петлевой гравитации вывод о дискретности пришел сам собой, что выгодно отличает ее от теории струн, где приходилось вносить в теорию некоторые предположения, чтобы спасти ее от несогласованности. Теории петлевой гравитации, чтобы адекватно описывать наш мир, не требуются ни суперсимметрия, ни дополнительные измерения.

Поскольку структура пространства-времени в теории петлевой гравитации состоит из отдельных элементов, то два описания гравитации совмещаются без концептуальных проблем. Частицы и пространство-время здесь две стороны одной монеты. Это называют фононезависимостью. Струны не происходят из пространства-времени, во всяком случае, на данном этапе развития теории, такой вывод очевиден. Учитывая то, что в теории струн пространство-время и частицы не имеют общей природы, там приходится прибегать к перенормировке, которую используют в квантовой теории поля, переходя от частиц к моделям полей. Значит, теория струн не может в нынешнем виде претендовать на роль самодостаточной теории. Физики, занимающиеся теорией струн, всячески пытаются переформулировать ее в таком ключе, чтобы она тоже стала фононезависимой, и при этом оставалась с непрерывной геометрией пространства-времени. Ими допускалось предположение обратное идеи петлевой гравитации, что это движение струн должно образовывать пространство-время. С одной стороны такая позиция обоснована тем, что раз пустого вакуума нет и повсюду можно наткнуться на виртуальные частицы, так может пустоты как таковой вообще не существует, к тому же полевая модель частиц и квантовая нелокальность в этом случае найдут элегантное объяснение. Однако непонятно, что в этом утверждении следует понимать как «движение струн», поскольку выходит, что необходимые для движения элементы (пространство и время) должны порождаться этим самым «движением струн».

Свое название теория петлевой гравитации получила, потому что из нее следует, что в динамике пространства на планковских масштабах должны возникать петли из перепутанного пространства-времени. Динамика пространства формируется за счет того, что некоторые атомы пространства рождают самих себя за каждый атом времени, все это проявляется как гравитация и расширение пространства. Петли возникающие в пространственной динамике могут быть временными или устойчивыми, причем последнее должны проявятся как частицы.

Чтобы более корректно объяснить, что значит, устойчивые петли в динамике пространственных атомов, и каким образом в теории петлевой гравитации появляются частицы, нужно рассказать о том, что такое квазичастица. Как уже говорилось квантовая механика, во всем руководствуется дискретностью. Электроны в атоме занимают только определенные орбиты, излучение должно распространяться отдельными порциями в виде фотонов, и так далее. Все дискретные элементы в квантовой механике называют квантами, поэтому фермионы, по сути, являются квантами материи, а бозоны – квантами сил. Любое явление должно квантоваться, даже если оно не имеет элементарной природы. Например, звук на фундаментальном уровне тоже распространяется в виде отдельных квантов, их называют фононами. Однако фононы это не какие-то определенные элементарные частицы, а единичные проявления коллективных колебаний группы частиц. Эти колебания, распространяясь внутри среды, ведут себя подобно частицам. Поэтому кванты наподобие фононов получили название квазичастиц. К квазичастицам также можно отнести пустые ячейки, возникающие в электронных орбиталях атомов внутри полупроводниковых схем. За счет этого явления ток в полупроводниках переносится не электронами, а так называемыми «дырками», поведение которых неотличимо от поведения электронов в обычных проводах. Двое запутанных электронов, которые в сверхпроводниках переносят ток тоже могут рассматриваться как квазичастица. В рамках теории петлевой гравитации, где даже пространство-время состоит из квантов, то, что мы воспринимаем как элементарные частицы, на самом деле представляет собой подобие квазичастиц, возникающих в среде пространственно-временных атомов.

Теория петлевой гравитации так же как теория струн не может быть проверенна в прямом эксперименте, поскольку все ее проявления тоже лежат в области планковских масштабов. Однако она должна вносить некоторые модификации в теорию относительности, таким образом, существует несколько способов косвенной проверки, но и для них наша аппаратура еще не достаточно чувствительна.

Обеим теориям еще не удалось ответить до конца все вопросы и подтвердить свой статус «теории всего». Даже первостепенная цель квантового описания гравитации ими достигается с трудом. Теоретические проблемы у струнных моделей связаны с тем, что их возникает большое количество, и нет возможности определить какие из них по-настоящему верны. Отсутствие фононезависимости не позволяет теории полноценно описывать фундаментальные основы нашего мира. Многие полагают, что если теория будет переформулирована в фононезависимом ключе, тогда все ее проблемы сразу решаться, и множество версий сведется к одной, заведомо неправильные отсеются, а предсказания и следствия станут более четкими*. Но для этого, по всей видимости, придется, по меньшей мере, признать, что время и пространство не самые фундаментальные сущности, а происходят из чего-то иного. Теория петлевой гравитации более собранна, фононезависима и имеет однозначные трактовки, однако в этом и возникают трудности. Обоснованные заявления о том, что все в мире происходит из пространственных и временных атомов, достойны уважения, но описывать поведение этих элементов в отсутствии привычного пространства и времени не так-то просто. Фононезависимость с трудом поддается математическому анализу. Попробуйте представить, каким-образом ведут себя пространственные и временные атомы, если они сами образуют пространство-время. Возможно, атомы пространства и атомы времени это нечто единое и существует причина, по которой они воспринимаются по-разному, однако наш «временной разум» не в состоянии уловить эту причину.

Естественно сегодня мы не можем знать какая из теорий более правильная; может быть ни та, ни другая. Существует множество других подходов, которые пока добились еще меньших успехов, поэтому в этой книге они упомянуты не были, но это не значит, что истинной теории среди них нет. Над теорией струн и над теорией петлевой гравитации обычно работают разные люди, а некоторые посвящают этому всю свою жизнь, поэтому так мало теоретиков, которые одинакового разбирались бы и в той и в другой. Те, кому удалось потрудиться на обоих фронтах, говорят, что у обеих теорий есть положительные стороны, и вероятно истина лежит где-то посередине. Другие принципиально не идут на компромисс, заявляя, что это уже слишком, когда вместо того чтобы объединять квантовую механику с общей теорией относительности, придется объединять, призванные сделать это, теорию струн и теорию петлевой гравитации. Третьи утверждают, что обе теории излишне сложны, а все в действительности должно быть очень просто, нам только не хватает какой-то ключевой идеи, наподобие той, что осенила Эйнштейна и привела к теории относительности. Но неужели за 80 лет попыток создания теории квантовой гравитации никто из тысяч физиков об этой идее даже не задумался?! Многолетний безуспешный труд над теорией струн и теорией петлевой гравитации в итоге заставляет некоторых сделать вывод о том, каково вида должна быть эта идея.

Приблизительно она должна быть сформулирована в таком ключе, что время и пространство едины, причем не так как их объединила теория относительности в виде смежных измерений, а полностью. Единство должно заключаться в их фундаментальной природе. Вопрос «как измерить время в метрах?» ставит нас в тупик. Наш разум просто не в состоянии воспринимать время и пространство иначе, может быть, в этом и заключается трудность. Внимательный читатель уследит в этом абзаце отсылку к названию книги, которое на первый взгляд кажется бессмысленным. Возможно, единицы времени так же каким-то образом производны от единиц длины, как и единицы площади. Хотя сегодня многие склоняются к тому, что первичны ни метры, ни секунды, а байты.

Информация – вот что, скорее всего, должно быть основой всего. Исследования голографического принципа, который должен решить информационный парадокс черных дыр, это не просто выдумки физиков, на тему возможности того, что наш мир это компьютер. Формула испарения черных дыр это единичный пример, когда физические величины из квантовой механики и общей теории относительности стоят в одном уравнении. Можно сказать, что испарение черных дыр это единственный экспериментальный образец для изучения теории квантовой гравитации, а прослеживающиеся в нем намеки на то, что информация первична над пространством и временем не должны упускаться из виду.

Раз уж мы пытаемся представить информацию в виде времени и расстояния, то давайте, забавы ради, измерим знания, получаемые вами из данной книги, в метрах и секундах. В оригинале она написана шрифтом, в котором средняя длина одного символа равна 2 миллиметрам, поскольку такой размер наиболее легко воспринимается в процессе чтения. Всего в книге содержится около миллиона символов. Таким образом, если бы мы записали все содержимое книги в строчку, то длина этой строчки составила бы 2 километра. В среднем скорость чтения у русскоязычного человека позволяет ему свободно воспринимать около 200 слов в минуту (с учетом служебных слов). Для вдумчивого и осмысленного чтения, чтобы усвоить новый материал, времени требуется в два раза больше, поэтому я беру скорость 100 слов в минуту. Всего в тексте книги содержится где-то 90000 слов, следовательно, на ее прочтение должно уйти не менее 15 часов.

Конечно, все эти данные – исключительно субъективные измерения и зависят от человеческого восприятия. Однако информационное содержание должно быть абсолютным критерием. Текст, заключенный в книге составляет примерно один мегабайт. Если же учитывать иллюстрации, тогда мы получим два с половиной мегабайта. Эта информация может храниться как на листах бумажной книги в виде чернил, так и в ячейках памяти флеш-карты, размер которых всего несколько десятков нанометров. Компьютер считает эту информацию с флеш-карты за сотую долю секунды, но он естественно не сможет ее осознать. Во-первых, потому что не обладает разумом, а во-вторых, у него нет шифра. Мы забыли учесть тот багаж знаний, которым читатель уже обладает на момент прочтения книги. Ребенку дошкольного возраста будет не просто усвоить все, что тут было описано. Поэтому реально информационный размер книги будет гораздо больше. Но даже если мы представим информацию о каждом слове в виде математических аналогий*, закодируем их в двоичный код, и запишем в строчку, то все равно навряд ли размер данной информации будет соизмерим с астрономическими расстояниями. Это удивительно, поскольку внутри текста книги информация об астрономических расстояниях свободно умещается, поэтому мне тоже хочется верить, что информация первична над пространством-временем.

Очевидно, что и пространство, и время, и материя, и энергия должны объединяться где-то в недрах математики под знаменем информации. Возьмем, к примеру, главную тему нашего обсуждения, пространственные масштабы объектов и временные интервалы процессов. Все это обуславливается интенсивностью фундаментальных сил. Так как гравитация слаба, то планеты и звезды большие, электромагнетизм же на несколько порядков сильнее, поэтому атомы такие маленькие. То же касается и временных интервалов, процессы химических реакций, управляемые электромагнитной силой, очень быстрые, а космические процессы, подчиняющиеся гравитации, гораздо длительнее. Почему же фундаментальные силы имеют именно такую, а не иную интенсивность? Тоже хочется спросить о свойствах частиц и о некоторых других фундаментальных природных характеристиках. Например, будь другие свойства у частиц, нас бы точно сейчас не существовало. Если бы масса электронов и кварков, хоть немного отличалась, не возникли бы даже атомы. В параметрах определяющих эти явления по большей части и заключено информационное ядро вселенной. Сейчас насчитывается около 20 фундаментальных физических постоянных, возможно их еще больше и некоторые нам еще неизвестны, так как явления, с которыми они связаны, пока еще экспериментально не установлены (см. таб.8.1, таб.8.2., таб.8.3). Это относится к массам гипотетических частиц и энергиям вакуумных полей.

Все остальные физические константы не фундаментальны и могут быть выведены из этих. Некоторые полагают, что с открытием теории квантовой гравитации массы частиц и интенсивности сил тоже можно будет вывести из трех универсальных. Чтобы понять каким образом, нужно еще раз обратить внимание на схему, которая уже третий раз появляется на страницах этого рассказа (см. рис.34). Установка данных констант произошла за счет разделения сил, которое началось, когда гравитации отделилась от остальных, следовательно, там нужно искать корни этого механизма.

В итоге мы получим только три константы, называемые сегодня универсальными, однако и это не предел, вполне возможно, что внутри формул теории квантовой гравитации они на каком-то уровне будут взаимосвязаны. Так например, теория струн предлагает заменить массы частиц, интенсивности сил и даже три универсальные константы своими двумя постоянными: натяжением струны и вероятностью ее деления. Однако так до сих пор и не удалось вывести все представленные в таблице константы при помощи только этих двух. Пока не ясно, сколько фундаментальных констант необходимо в теории петлевой гравитации, но там тоже есть тенденция к их уменьшению, чтобы в итоге обойтись только одной, характеризующей динамику пространственно-временных атомов. Если ученые выведут все постоянные из единственной константы, которая и определяет любые свойства нашего мира, то это число должно ознаменовать идентификационный код нашей вселенной.

И все-таки если мы сведем всю физику к одной константе в математической формуле, что даст нам эта цифра, для понимания того как устроен мир. Тут нельзя не вспомнить юмористический роман Дугласа Адамса «Автостопом по галактике», в котором упоминается, как на некой планете был создан суперкомпьютер, для одной только цели, дать ответ на «главный вопрос жизни, вселенной и всего такого». Суперкомпьютер думал над этой дилеммой семь с половиной миллионов лет, после чего выдал: «ответ равен 42». Тогда его попросили объяснить, что значит такой ответ. Суперкомпьютер сказал: «ответ стопроцентно верный, а непонятен он потому, что вы не понимаете сам вопрос».

Поэтому лучше обратить внимание не на физические константы, а на формулы, в которых они участвуют. Невозможно объяснить, почему формулы, связанные с самыми фундаментальными константами, имеют именно такой вид. Всегда можно придумать другие формулы и тогда константы уже станут не столь важны. Многие усматривают тут принцип, называемый антропным*, который звучит следующим образом, условия в нашей вселенной подстроены таким образом, чтобы в ней могли существовать галактики, звезды, планеты, животные и люди. В предельном случае под условиями понимаются те самые формулы, определившие предпосылки развития подобных условий. Есть два способа разрешить это логическое умозаключение. Первый называют сильным решением, согласно ему все эти формулы написал разумный творец, предопределив тем самым возникновение человека. К данному решению склонны люди религиозные и любители эзотерики, которые в каждой вещи видят знамение судьбы.

Реалисты находят второе решение, которое называется слабым. Но слабое оно не в том смысле, что это необоснованный аргумент, а в том, что это решение ослабляет антропный принцип, делая его уже не столь важным. В любом случае не только формулы ответственны за возникновение человека, но и физический хаос, который к формулам имеет весьма косвенное отношение. Но, конечно, если бы константы не совпали так удачно, то никакой хаос бы не создал сложных явлений. Так почему мы ведем свою логическую цепь от человека, ставя его на первое место во вселенной. Мы существуем и рассуждаем о вселенной, именно поэтому в ней так сложились обстоятельства; а если обстоятельства не сложились бы столь благоприятно, то некому было бы рассуждать об этом, и не нужно привлекать сюда потусторонние силы. Люди, которые отдают предпочтение сильному решению антропного принципа, пытаются поставить человека в центр вселенной, но всем уже давно известно, что это не так и мы всего лишь ее побочный продукт. К примеру, на вопрос, почему солнце излучает во всем диапазоне электромагнитных волн, но большая интенсивность его излучения приходится именно на видимый свет, эти люди, не задумываясь о формулировке вопроса, ответят, что природа сделала так, для того чтобы человек лучше видел. В действительности вопрос сформулирован неверно, правильная его постановка звучит так: почему мы видим именно тот спектр электромагнитного излучения, который сильнее всего излучается солнцем. Ответ прост, потому что в процессе эволюции наши глаза развивались так, чтобы улавливать как можно больше информации об окружающем мире. Не солнце подстраивается под нас, а мы под солнце, тоже самое касается и вселенной в целом.

А вообще на вопрос, почему нам повезло с законами вселенной, можно задать встречный вопрос: почему нам повезло жить на Земле, а не на Марсе. Правильно, потому что на Марсе нет условий для жизни. Это, так или иначе, приводит к мысли о других вселенных, в которых другие формулы, другие физические константы, и отличающиеся законы физики. Ранее приводимая нами концепция Земли как планеты-счастливчика применима и здесь, только на более глобальном уровне, где счастливчиком из множества других является наша вселенная. Такой ответ на вопрос проще с точки зрения логики, ибо система из вселенной и создавшего ее всемогущего творца, гораздо сложнее и противоречивее, чем система, включающая в себя множество вселенных с разными стартовыми условиями. Физические законы таковы, не из-за того что так предписано создателем, а нам просто повезло, и в нашей вселенной сформировались атомы, звезды, планеты и живые существа, способные рассуждать на эту тему.

Чем больше мы углубляемся в познание истин мироздания, тем больше намеков на то, что наша вселенная не одинока. В различных вселенных должно быть разное количество сил, с отличающейся интенсивностью и разное количество типов частиц с отличающимися свойствами. В связи с этим там будут иные размеры объектов и другие темпы событий. Путешествие, которое мы совершили в первой части книги, в других вселенных будет выглядеть совершенно иначе, скорее всего такого размаха масштабов там не будет, поэтому туристическая программа будет весьма короткой. Все потому что в большинстве других вселенных физические законы не позволят сформироваться сложным объектам. Поэтому здесь уместно такое сравнение, что наша вселенная подобна обитаемой земле, только в бóльшем масштабе. Хоть туристов в этих вселенных так и не появится, но сами маршруты там могут выглядеть более замысловатыми, потому что даже число пространственных измерений может отличаться, и вероятно, не только пространственных, но и временных, что совсем уже непостижимо.

Параллельные вселенные, с разными законами физики, образуют мультивселенную (мультиверс), так называют всю совокупность миров. Под параллельными вселенными следует понимать вселенные с отличающимися законами физики и отделенные друг от друга, причем отделены они не пространством и не временем. Тяжело подобрать слова для описания того, что должно отделять параллельные вселенные. Ученые предпочитают использовать термин из теории относительности – причинное разделение, это значит, что события в одной вселенной никак не смогут повлиять на другую. Существует несколько гипотез о мультивселенной, и каждая предлагает свое объяснение природы параллельных вселенных.

Первая предполагает, что тот большой взрыв, который создал нашу вселенную, не был моментальным взрывом, а что это бесконечный процесс. Изначально в природе существует нестабильный высокоэнергетический вакуум, который представляет собой кипящее пространство-время. Местами он стабилизируется в менее энергетические состояния, теряет симметрию и рождает вселенную, а мы воспринимаем это событие как большой взрыв (см. рис.35). Такой сценарий называют вечной инфляцией, это расширенная версия теории космической инфляции. Мы, изучая большой взрыв, регистрируем короткий период гиперувеличения ранней вселенной, происходивший в самые первые мгновения. Но на самом деле ситуация может выглядеть таким образом: мультивселенная находится в состоянии высокоэнергетического вакуума и ее сверхбыстрое расширение длится бесконечно долго на бесконечном протяжении, но кое-где это расширение стабилизируется, бушующая энергия вакуума там успокаивается и рождается вселенная. Если в этой вселенной появятся разумные существа, то они будут воспринимать процесс рождения своей вселенной как взрыв. Но в действительности их вселенная будет всего лишь областью, которая отделилась от такого вечного созидания. Подобно ей могло отделиться бесконечное количество других областей, и они до сих пор продолжают отделяться*. В них может быть различное число пространственных измерений, отличающиеся свойства вакуума, другие фундаментальные константы и соответственно иные законы физики. Кроме того, данные области не смогут друг с другом взаимодействовать, а значит можно считать их параллельными вселенными. В некоторых из новорожденных вселенных гравитация окажется слишком сильной, и они сразу схлопнутся, как пузыри на поверхности кипящей воды. Другим вселенным, таким как наша, повезет больше, их расширение позволит им стать стабильными областями, оставляя возможность для возникновения сложных структур.

Теория струн с компактификацией очень хорошо встраивается в такой вариант. Более того она объясняет, что это за первородный нестабильный высокоэнергетический вакуум. С точки зрения теории струн это состояние, в котором все пространственные измерения находятся в свернутом виде. Струны, пространство, время – все это собрано в единый планковский комок. Такое состояние, безусловно, соответствует симметричному, но нестабильному вакууму высокой энергии. Его нестабильность проявляется в том, что от этого комка постоянно отщепляются области, у которых начинают развертываться измерения, так собственно и рождаются вселенные. Процесс развертывания воспринимается нами как космическая инфляция. В нашей вселенной развернулось три измерения, остальные остались свернутыми. В других вселенных могло развернуться меньшее или большее число измерений. То, каким образом переплелись оставшиеся свернутые измерения, должно объяснять нынешние свойства вакуума и его несимметричность. В параллельных вселенных несимметричность вакуума будет другая, потому что в них свернутые измерения должны были переплестись другим образом. Поскольку именно свернутые измерения отвечают за характер колебания струн, что определяет свойства частиц, то поэтому в других вселенных будут другие законы физики. Существует бесчисленное количество способов, как можно закрутить между собой не развернувшиеся измерения, однако стабильных конфигураций будет ограниченное число, хотя и оно, все равно велико, по приблизительным подсчетам это 10⁵⁰⁰. Получается, что сейчас мы живем в одной из 10⁵⁰⁰ вариаций вакуумов. Всевозможные параллельные вселенные в таком случае называют ландшафтом теории струн, и главной проблемой в этой идее является нахождение той самой конфигурации скрученных измерений из 10⁵⁰⁰ возможных, которая бы соответствовала нашему вакууму.

Второй вариант параллельных вселенных тоже описывается теорией струн, но основан на альтернативе компактификации. Наконец мы поймем, какой еще другой способ объяснения предлагает теория струн, чтобы обосновать ненаблюдаемость дополнительных измерений. Но прежде надо объяснить, что исследования в теории привели к выводу, что помимо струн – одномерных фундаментальных элементов, могут существовать многомерные фундаментальные объекты, их называют бранами. Браны, могут быть разных размерностей, так например 1-браны, это по сути дела, и есть струны, 2-браны это плоские поверхности, 3-браны – объемные фигуры и так далее. Почему же в нашей вселенной все представлено только 1-бранами, или если хотите, называйте их струнами? В связи с голографическим принципом возникли предположения о том, что раз черные дыры способны хранить свое информационное содержимое на поверхности, то они не искривляются бесконечно, как следует из теории относительности, а просто их поверхность превращается в 2-брану. В свою очередь вся наша вселенная вполне может оказаться 3-браной, которая плавает в пространстве высшей размерности. Поэтому в действительности дополнительные измерения могут быть развернутыми, но ненаблюдаемыми, если струны прикреплены к бране. В таком сценарии струны представляются не замкнутыми в кольца, а открытыми, причем их концы прикреплены к бране, и поэтому струны не могут ее покидать. Раз струны это частицы, а наша вселенная является 3-браной, то ее можно изобразить как поверхность четырехмерного листа, к которому приклеены частицы, они могут скользить по этой поверхности, но не способны ее покидать. Это и называется локализацией. Люди, планеты, звезды и все остальные объекты во вселенной сделаны из частиц, поэтому другие измерения не оказывают на них влияния. В локализации допускается существование замкнутых струн, которые по своей природе не привязаны к бране, таковыми могут являться только гравитоны. Это значит, что гравитация не должна быть прикованной к бране и способна покидать нашу вселенную, распространяясь в высшие размерности. Этим должна объясняться ее слабость, ведь тогда получается, что мы испытываем только малую долю гравитации, потому что на частицы нашей браны-вселенной оказывают влияние только те гравитоны, что движутся вдоль нее.

Закономерно предположить, что кроме нашей 3-браны в пространстве высшей размерности, которое фантасты иногда любят называть гиперпространством, могут находиться и другие браны. Причем они могут иметь, отличающиеся от трех, число измерений и обладать какими-то другими свойствами, которые определяют характер поведения прикрепленных к ним струн, это и будут параллельные вселенные (см. рис.36). Предполагается так же, что иногда браны, могут сталкиваться, подобные катастрофы способны переродить их нутро. Возможно, наша брана, тоже когда-то испытала столкновение, которое мы сегодня воспринимаем как большой взрыв. Если это так, то тогда нам стоит опасаться следующего столкновения, которое способно вновь переродит нашу вселенную.

Третий вариант параллельных вселенных, вероятно, самый экстравагантный. Это гипотеза о том, что вселенные размножаются через черные дыры. Такая позиция поддерживается теорией петлевой гравитации. Предполагается, что внутри черной дыры нет бесконечного сжатия пространства и остановки времени, как следует из теории относительности. Если существуют пространственно-временные атомы, то плотность внутри черных дыр не может стремиться к бесконечности. Когда в черных дырах динамика атомов пространства за счет их сжатия становится невозможной, происходит то, что называют большим отскоком. Этот отскок знаменует появление автономной области пространства-времени, не зависящей от нашей. Так черная дыра рождает новую вселенную, которая расширяется в собственное пространство-время. От материнской вселенной дочерняя будет причинно отделена, то есть у объектов не будет никакой возможности перейти из одной в другую, значит, обе вселенные будут являться параллельными (см. рис.37).

Резонно возникает вопрос, не нарушается ли здесь закон сохранения энергии, ибо масса черных дыр не может соответствовать массам вселенных. Сегодня ученые приходят к выводу, что если суммировать всю энергию, заключенную в нашей вселенной, то она станет равной нулю. Все дело в том, что гравитация своим притяжением вносит отрицательный энергетический вклад. Например, потенциальная энергия у гантели, лежащей на скамье выше, чем у гантели, которая лежит на полу. Первая под воздействием гравитации способна скатиться и упасть вам на ногу, и возможно даже привести к увечью. Чем сильнее влияние гравитации, тем меньше внутренняя энергия системы, это и есть отрицательный вклад. Система из гравитационно связанных луны и земли имеет меньшую массу, чем суммарная масса двух этих небесных тел, если бы луна не была нашим спутником, а была бы такой же планетой как земля. Тут тоже сказывается отрицательный вклад гравитации. Расчеты показывают, что энергия, заключенная в массе всех объектов вселенной в точности компенсируется отрицательным влиянием гравитации, следовательно, можно заключить, что общая энергия вселенной равна нулю, а большой взрыв это событие, которое создало дисбаланс в виде положительной массы материи и отрицательной гравитации. Таким образом, нужен был просто прецедент, например, в виде черной дыры, где происходит дестабилизация пространства-времени, и возникает отскок, а дальше вселенная рождается буквально из ничего.

За счет отскока первое время гравитация проявляет себя как отталкивающая сила, и лишь потом меняется на притягивающую, поэтому процесс космический инфляции в теории петлевой гравитации это естественное явление, и для него не нужно вводить никаких вакуумных полей, работающих двигателем этого процесса. Если случится так, что вселенная родится со слишком сильной гравитацией, и ее расширение рано или поздно обратится в сжатие, тогда она схлопнется обратно в черную дыру и снова возникнет большой отскок. Однако не только интенсивность гравитации, но и остальные законы физики у новой вселенной должны быть другими. Это касается свойств частиц, а так же числа измерений, причем этот вариант параллельных вселенных допускает, что может отличаться число не только пространственных, но и временных измерений.

Законы физики в новорожденной вселенной в соответствии с принципом неопределенности могут определяться случайным образом. Однако на этот счет есть и другие идеи, например о том, что стартовые условия в новой вселенной могут вычисляться. Ведь если голографический принцип говорит нам о том, что черная дыра ведет себя как компьютер, то вполне возможно, что за весь свой жизненный цикл от возникновения до полного испарения она программирует законы физики новорожденной вселенной. Интересно то, что результаты таких вычислений должны передаваться задним числом, когда черная дыра только возникла, и тут нет никакого нарушения причинно-следственных связей, потому что вселенные причинно отделены.

Ли Смолин, один из родоначальников теории петлевой гравитации, имеет свой взгляд на эту тему, и утверждает, что законы физики в дочерней вселенной не должны сильно отличаться от законов физики родительской вселенной, они могут только незначительно мутировать. В таком случае можно говорить о вселенской генетике, с генетическим кодом в виде законов физики, с наследственностью и естественным отбором. В большинстве вселенных не будет условий к порождению большого количества черных дыр и соответственно они не смогут оставить потомства. Таким образом размножаться будут только те вселенные, где законы физики не препятствуют рождению черных дыр.

Существует ещё более радикальная версия того, как могут определяться законы природы в параллельных вселенных, если третий вариант верен. Она совмещает идею вселенского программирования и идею вселенской генетики. Если физические характеристики новых вселенных программируются и, соответственно, зависят от жизненного цикла черной дыры, то вероятно черные дыры, появившиеся естественным путем, породят, лишь пустые бесплодные вселенные. Возможно, когда-нибудь человечество научится контролировать жизненный цикл черных дыр, а значит, люди смогут подкрутить свойства рождающейся вселенной. Таким образом, можно даже добиться создания вселенной, которая будет подобна нашей с четко настроенными физическими константами, где есть условия для формирования сложных структур, способна зародиться жизнь и есть вероятность возникновения разума. Тогда получается, что разум это показатель того, что вселенная плодовита и способна к размножению, более того сам по себе разум и есть тот сперматозоид который оплодотворит яйцеклетку (черную дыру) и позволит сформироваться полноценной вселенной со сложными структурами.

Конечно, по своей природе такое заявление не менее спекулятивно, чем предположение о том, что благоприятные стартовые условия в нашей вселенной определил всемогущий творец, но хочу заметить в рамках логики выглядит оно опять же намного естественнее. Так же стоит упомянуть, что третий вариант параллельных вселенных имеет меньше твердых теоретических обоснований, чем первые два. Вообще условия внутри черных дыр очень похожи на те, что были в начале большого взрыва, поэтому иногда первый и третий варианты смешивают. Тогда предполагается, что вселенная могла родиться из первичного кипящего пространства-времени и впоследствии сама рожать новые вселенные. В этом случае, однако, невозможно определить является ли наша вселенная продуктом первичного кипящего пространства-времени или произошла от другой вселенной.

Есть еще четвертый вариант параллельных вселенных, и он напрямую связан с квантовой механикой. Этому разделу физики удалось выстоять и с достоинством обойти все ловушки, расставленные Эйнштейном. Несовместимость со специальной теорией относительности была преодолена в квантовой теории поля. ЭПР-парадокс против неопределенности был разрешен в явлении квантовой нелокальности. Осталось только объединить квантовую механику с общей теории относительности. Но мы забыли про кота Шредингера. Этот парадокс указывает на несовершенство копенгагенской интерпретации коллапса волны вероятности. Но я уже упоминал, что есть и другие интерпретации в рамках, которых парадокс Шредингера оказывается разрешимым.

Самая известная из них, это многомировая интерпретация. В соответствии с ней коллапс волны вероятности есть не что иное, как распараллеливание миров. Другими словами, когда волна вероятности частицы преобразовывается, то реализуются все ее возможности, но каждая в своей собственной вселенной (см. рис.38). Вопрос, что определяет, через какую щель проходить электрону, когда мы устанавливаем детекторы, решается сам собой. В нашей вселенной электрон проходит через одну щель, а в параллельной вселенной через другую. Грубо говоря, получается что, в каждый момент времени одна вселенная разделяется на несколько вселенных, в которых реализуются все вероятности квантовой механики. Исходя из этой интерпретации количество параллельных квантовых вселенных бесконечно, и в каждый момент времени их число бесконечно увеличивается.

Для наглядности можно сказать, что в этом варианте параллельных вселенные размещаются в другом измерении, но это не пространственное измерение, как гиперпространство из второго варианта, а его лучше было бы охарактеризовать измерением «если». В параллельных вселенных все квантовые вероятности могли бы разрешиться по-другому, но есть малая доля вселенных, в которых все вероятностные исходы совпали с событиями нашей вселенной. Поэтому могут встречаться вселенные, которые на текущий момент развития несильно отличаются от нашей, однако в дальнейшем хаос будет создавать все больше и больше отличий. Например, в одной вы выиграли в лотерею, в другой проиграли, и обязательно существует такая вселенная, в которой ваш выигрыш полностью предопределил всю ее судьбу. Большинство вселенных естественно будут отличаться кардинально, их отличия могли возникнуть еще тогда, когда в начале большого взрыва некая случайность, привела к совершенно иным законам физики.

Однако не стоит забывать, что на самом деле никакого измерения «если» нет, это лишь удобная аналогия. На самом деле все другие вселенные находятся здесь и сейчас. Чтобы понять это еще раз обратимся к явлению суперпозиции. Если копенгагенская интерпретация говорит нам о том, что акт наблюдения разрушает состояние суперпозиции и реализуется только один из пиков волны вероятности, то в многомировой интерпретации никакого разрушения суперпозиции не происходит, напротив согласно ей состояние суперпозиции начинает распространяться на остальные частицы, которые с ним соприкоснулись. Это значит, что измерив, состояние одной частицы, находящейся в суперпозиции, мы сами (то есть все частицы нашего тела) оказались в состоянии суперпозиции, а вместе с нами и вся вселенная, поскольку все частицы в ней, так или иначе, обладают между собой квантовыми связями. С одного пика этой суперпозиции мы наблюдаем частицу в одном месте, с другого пика наши копии наблюдают ее в другом месте. Получается, что состояние суперпозиции никогда не разрушается, а наоборот всегда только множиться. Вот что согласно многомировой интерпретации происходит на самом деле, но для удобства восприятия мы можем представлять измерение «если», в котором якобы постоянно расщепляются вселенные, потому что с нашей точки зрения – точки зрения наблюдателей находящихся всегда по одну сторону пика волны вероятности – это будет равносильно.

В параллельных вселенных, которые описывает многомировая интерпретация, найдутся всевозможные исходы событий. Основываясь на идеи измерения «если», можно сделать вывод, что время не похоже на линию, а больше всего оно напоминает бесконечный ветвящийся кустарник. В предельном случае считается, что за каждое планковское время наша вселенная испытывает разделение на такое количество дочерних вселенных, которое примерно соответствует суммарному количеству объемов планковской длины. Если наша вселенная бесконечна в пространстве, то за каждое планковское время рождается бесконечное число параллельных вселенных. После разделения история в двух вселенных начинает идти по разным сценариям.

Некоторые связывают эту интерпретацию с возможностью путешествий в прошлое на основе теории относительности. Якобы хронопутешественник может убить своего дедушку, не боясь временного парадокса, ибо это будет не его (!) дедушка. Да и попав в прошлое, он оказался не в своей вселенной, а в параллельной. Его вселенная отличается от этой параллельной  только тем, что в ее прошлом не появлялся его двойник с целью убить его дедушку. Или если разобрать с этой точки зрения парадокс с червоточиной, который мы привели в предыдущей главе, где заставляли подопытного убить себя за пять минут до того как он это сделает. Главный вопрос был в том, что увидим мы: как подопытный выстрелил в червоточину спустя десять минут, или как спустя пять минут пуля вылетела из червоточины, убив его. Если многомировая интерпретация верна, то в одной вселенной мы увидим первый вариант развития событий, в другой вселенной – второй. И все-таки не смотря на то, что обе этих гипотезы, очевидно, дополняют друг друга, даже на теоретическом уровне нет никаких предпосылок для их связи.

Возвращаясь к парадоксу Шредингера, можно сказать, что в многомировой интерпретации  он тоже перестает быть парадоксом. Становится предельно ясно, что кот не испытывает состояние жизни и смерти одновременно до открытия коробки, просто вселенная разделяется и в одной из дочерних кот будет жив, а в другой мертв. Многие, особенно те, кто сильно любят животных, когда впервые слышат об этом эксперименте, не зная о его гипотетической природе, говорят, что это экспериментаторов самих надо было посадить на место кота. В чем-то они правы, действительно есть необходимость узнать, как бы выглядел этот парадокс, если бы мы сами оказались на месте кота.

Этот вариант эксперимента называется квантовое самоубийство. Он однозначно различает копенгагенскую и многомировую интерпретации. Контейнер с ядовитым газом мы заменяем пистолетом, в котором механизм спуска курка связан все с тем же радиоактивным атомом, находящимся внутри пистолета. Если атом распадается, производится спуск курка и происходит выстрел, если не распадается из пистолета доноситься, лишь щелчок спускового крючка. Для начала пусть подопытный постреляет по мишени, дадим сделать ему 10 выстрелов. Допустим вероятность распада атома 50%, а в обойме 10 патронов. Если брать среднестатистический результат эксперимента, то и подопытный и экспериментатор, который будет за ним наблюдать, услышат череду щелчков и выстрелов. Наиболее вероятный исход состоит в том, что пистолет произведет пять выстрелов в случайном порядке с пятью осечками. Возможен другой результат, причем предсказать каким он будет невозможно. Крайне маловероятен исход, когда все десять раз будет осечка.

Теперь заставим подопытного, приставить пистолет к виску. Иногда в шутку эту ситуацию физики называют «заткнись и считай», именно такую команду должен дать жестокий экспериментатор нашему подопытному. А считать подопытный будет щелчки осечек. Если верна многомировая интерпретация, то подопытный насчитает 10 осечек. Но почему, ведь такой результат крайне маловероятен? С точки зрения многомировой интерпретации, когда подопытный нажимает на спусковой крючок, вселенная разделяется на две, в одной атом распался и подопытный мертв, в другой подопытный жив. В тех вселенных, где подопытный мертв, он естественно не услышит щелчка и не осознает факт своей смерти. Осознать тот факт, что он выжил, сможет лишь, тот, кто услышит щелчок. Значит, сознание человека продолжит существование лишь в одной из двух вселенных. Поэтому даже если в обойме было бы 100 патронов, подопытный слышал бы только щелчки, однако стоило ему отвести дуло от виска и продолжить эксперимент, как он вдруг неожиданно для себя обнаружил бы, что пистолет периодически стреляет. Тем не менее, с точки зрения экспериментатора все будет так же, как если бы подопытный стрелял по мишени. Рано или поздно экспериментатор увидит, что подопытный застрелился, потому что после расщепления вселенной сознание экспериментатора продолжит существовать в обеих параллельных вселенных, и шанс того, что он окажется в той, где подопытный застрелился, так же составляет 50%. Если верна копенгагенская интерпретация пистолет выстрелит в висок, и с точки зрения подопытного, потому что в копенгагенской интерпретации нет места параллельным вселенным, где сознание могло бы продолжить существование.

Для тех, кто не до конца понял, почему так происходит, приведу другой более абстрактный пример. Представьте, что вы, находясь в России, зашли в кабинку устройства, которое с абсолютной точностью в течение всего одной наносекунды скопирует конфигурацию вашего тела, затем передаст эти данные на другое устройство в Америке, и оно воссоздаст там вашу копию в такой же кабинке. Вопрос, из какой кабинки вы выйдете, когда закончится эксперимент, из российской или из американской? Если вы хорошо поразмыслите на эту тему, то придете к выводу что вероятность пятьдесят на пятьдесят. Однако допустим, что после того как Российское устройство скопировало вас оно сразу же уничтожит ваше тело, мгновенно испарив его. Естественно вы с вероятностью в 100% обнаружите себя в американской кабинке. В этом и заключается основная суть эксперимента с квантовым самоубийством. Не стоит забывать, что данный эксперимент мысленный, потому что мы не сможем создать пистолет с таким идеально настроенным спусковым механизмом. Но даже если у кого-то и появилась бы возможность испытать удачу, и выяснить, какая же из интерпретаций верна, то надеюсь, читателю теперь понятно, почему он все равно не смог бы нам об этом рассказать.

Идея, которая пошла еще дальше в своих предположениях, называется квантовое бессмертие, ее выводы могут шокировать. Если верна многомировая интерпретация квантовой механики, то исходя из эксперимента с квантовым самоубийством, можно сделать предположение, что человек бессмертен! В основе всего, что нас окружает, лежат квантовые явления, происходящие в микромире. Даже функционирование нашей нервной системы построено на квантовых эффектах, происходящих глубоко внутри нейронов. Поэтому любое явление, которое может привести к нашей смерти, тоже в основе своей зависит от квантовой механики. Но раз любой процесс, в принципе, может разрешиться так, что его исход не приведет к нашей смерти, то если верна многомировая интерпретация, тогда должны существуют вселенные, где мы выживем в любой ситуации, в них и продолжит существовать наше сознание. Даже самый маленький процент таких вселенных из бесконечного числа, гарантирует, что мы бессмертны.

Допустим случилось так, что кто-то погиб трагической смертью, из-за того, что ему на голову упал кирпич. Естественно он не сможет осознать факт своей смерти. Но в какой-то из параллельных вселенных, которая отличается от нашей лишь тем, что случайное колебание ветра на несколько секунд предотвратило переворачивание люльки с кирпичами, этот человек сможет осознать, что выжил. Поскольку до момента падения кирпича, та другая вселенная не отличалась от нашей, то можно сказать, что сознание погибшего человека из нашей вселенной перенеслось в параллельную. Теперь задумайтесь о том, что каждую секунду в какой-то параллельной вселенной из-за трагической случайности гибнет ваша копия, а вы продолжаете жить дальше. Тогда получается, что мы никогда не умрем, ведь всегда могут так сложиться обстоятельства, что мы выживем. Например, рядом с нами взорвется ядерная бомба, есть какой-то процент вселенных, где мы выживем, и осознаем что выжили, следовательно, в одной из этих вселенных мы и окажемся. Даже смерть от старости не является тем критерием, который однозначно определил бы нашу кончину. Мы имеем только вероятность того, что человек умрет в какой-либо день от старости, и чем старше человек, тем больше вероятность. Тем не менее, есть вселенные, в которых человек не умрет от старости, даже если вероятность в этот день составляла более 99%.  Некоторые утверждают, что должен существовать сценарий, в котором нет никакой возможности продолжить существование, ибо такое выживание противоречило бы законам физики. И все же пока никто не придумал такого изощренного убийства, в котором нет шансов выжить с точки зрения физики.

Некоторые приверженцы этой идеи принимают ее за абсолютное благо. И, правда, кому бы ни хотелось жить вечно. Однако эти люди не задумываются над тем, что бессмертны будут только они. Получается, что только вы будете жить вечно, остальные, в вашей вселенной, которая всячески оберегает вас от смерти, будут умирать. Вы переживете родных, детей, внуков, и правнуков, а так же гибель солнца и смерть вселенной. Потому что даже когда все во вселенной погибнет, есть отличная от нуля вероятность квантового или термодинамического скачка, который создаст вам условия для жизни. Кроме того не стоит забывать о том, что старение как таковое никто не отменял. Представьте, как вы будете выглядеть после тысячелетнего процесса старения. Для вселенной важно лишь, чтобы выжило ваше сознание, и ничего не сказано о состоянии вашего тела. Из этого можно сделать вывод, что после взрыва ядерной бомбы можно выжить лишь в том состоянии, которое необходимо для поддержания вашего сознания, а это значит как минимум весь обгоревший и без конечностей. Так вот представьте себе такое бессмертие, ваше полностью искалеченное тело, в котором на грани держится ваше сознание, но никак не может погибнуть. Вселенная уже давно умерла, но вокруг вас еще сохраняются условия для выживания. В таком состоянии в постоянной темноте космоса вы обречены на вечную жизнь. Подобный сценарий больше похож на ад при жизни, чем на абсолютное благо.

Не торопитесь пугаться те, кто представил, что его постигнет такая участь. Многие ученые скептически относятся к подобным идеям. Смерть сознания никогда не наступает мгновенно, она характеризуется его постепенным ослаблением. Это ослабление может быть стремительным как в случае с кирпичом или бомбой, а может длиться долго. В любом случае мы не сразу лишимся способности самосознания перед смертью, и тогда получается, что мы не сможем спастись, попав в другую вселенную. Однако для человеческого сознания существуют такие промежутки времени, которые воспринимаются как мельчайшие и неделимые, они лежат в диапазоне до одной секунды. Если смерть наступила за такой промежуток, то можно сказать, что сознание перестало существовать мгновенно, и в этом случае оно должно спастись в другой вселенной. Тогда можно сделать вывод, что в случае, когда сторонние наблюдатели констатировали мгновенную смерть человека, то сам человек при этом стопроцентно выживет в параллельной вселенной. А так как для нас смерть мгновенно наступить не может, иначе наше сознание перенеслось бы в другую вселенную, то умирать мы всегда будем долго и мучительно, что тоже мрачная перспектива. Кто-то даже сказал по этому поводу, что нам следует только молиться, чтобы многомировая интерпретация оказалась неверной.

Что касается физического статуса четвертого варианта параллельных вселенных, тут тоже остается множество не вполне ясных факторов. Например, в соответствии с многомировой интерпретацией, большой взрыв должен был породить не только пространство-время, но и измерение «если», куда сразу же начали отделяться параллельные вселенные, следовательно, уже тогда было предопределено все их многообразие. Исходя из такого умозаключения, можно сделать вывод о схожести четвертого и первого варианта. Да и вообще на теоретическом уровне четвертый вариант не противоречит ни одному из трех других, а это сказывается на его научном статусе. По определению гипотеза, которую невозможно опровергнуть не является научной, поэтому вполне возможно, что парадоксу Шредингера найдется иное объяснение, и тогда четвертый вариант будет отброшен.

И все-таки на сегодняшний момент нельзя однозначно ответить, какой именно из четырех вариантов параллельных вселенных правильный. Каждый из них рисует удивительную картину устройства бытия, и порождает абсолютно новые взгляды на наше мироздание. Однако, учитывая такую неопределенность во мнениях, все гипотезы об устройстве мультивселенной представляются еще весьма спорными. О мультивселенной можно сказать однозначно только то, что ей тоже должны быть присущи определенные законы, по которым рождаются и живут параллельные вселенные внутри нее. Эти законы должны являться продуктом чистой математической абстракции и не иметь в своей основе никаких необъяснимых физических констант. Подобно тому, как физические законы в нашей вселенной происходят из особенностей строения мультивселенной, так и эти особенности должны происходить из математики. Сегодня в науке такой порядок происхождения нашего бытия, кажется наиболее логичным.

следующая глава...