Расширяющаяся вокруг нас Вселенная может оказаться не единственной: нас могут окружать миллиарды других вселенных. Возможно, наш мир представляет собой лишь часть Мультимира…

…Вселенные Мультимира могут быть совершенно различными, с разными законами физики, разными историями и, возможно, даже с разным количеством пространных измерений. Большинство таких вселенных стерильны, но некоторые могут быть пригодны для жизни…

В бесконечном множестве вселенных есть бесконечное множество галактик и, следовательно, бесконечное множество планет и даже бесконечно много людей с вашим именем, читающим сейчас эти строки.

Итак, мы узнали, как иные времена и реальности все ближе подступают к нам, и иногда головокружительные теории физиков даже предлагают увидеть будущее нашего мира в отражениях иных вселенных. Тут пророчества, предсказания и предвидения начинают выглядеть совершенно необычным образом в полном соответствии с давней мистической максимой: если долго вглядываться в бездну вечности, она начинает вглядываться в вас…

Так, совсем недавно страницы многих газет и журналов, а также электронные СМИ, не говоря уже об Интернете, облетело краткое сообщение, приписываемое исследовательской группе американских ученых, о приближении даты «Квантового апокалипсиса» из-за постоянных наблюдений астрономами таинственной темной энергии, в которую по самым последним представлениям погружена наша Метагалактика. Оставим на совести околонаучных журналистов полное искажение смысла этой несостоявшейся сенсации, тут удивителен сам факт возникновения «под квантовым соусом» давнего схоластического вопроса о том, что же представляет собой наш мир в тот момент, когда мы, закрыв глаза, его не видим, и существует ли он в этот миг вообще.

Мультивселенная

По копенгагенской интерпретации квантовой механики, созданной в свое время Бором с учениками, любая квантовая система в любой момент времени находится сразу во всех возможных состояниях с разной потенциальной вероятностью их реализации. Точнее говоря, в динамике изменений любого квантового объекта как бы сосуществуют многие альтернативы, переход которых к конкретному состоянию физической системы возникает только в процессе измерения ее параметров.

С самого начала перед создателями копенгагенской интерпретации стоял вопрос о глубинной природе квантовой вероятности, однако и сегодня на него нет исчерпывающего ответа. Даже великий Эйнштейн, очень много сделавший для введения в науку квантовой теории, хотя и полностью признавал работоспособность математического аппарата квантовой механики, был глубоко убежден в ее неполноте и несовершенстве. Надо заметить, что в классической науке также есть разделы с вероятностной основой процессов и явлений, такие как статистическая физика, вполне успешно объясняющая макроскопические законы термодинамики на основе микроскопических процессов между атомами и молекулами. В данном случае вероятность тех же газовых явлений основывается на том, что измерить параметры каждого отдельного атома или молекулы, участвующих в данном процессе, просто нереально.

Эйнштейн в своих воспоминаниях признавал, что его интуиция всегда подсказывала ему, что и на квантовом уровне должно содержаться подобное объяснение вероятностного поведения квантовых систем и объектов. Самый тривиальный ответ здесь был вполне очевиден – надо в анализе квантовой вероятности просто перейти на более глубокий – субквантовый уровень физической реальности. Однако за простотой такого предположения скрывалась громадная проблема поиска этого самого сверхглубокого уровня организации материи. После многих десятилетий безрезультатных поисков все чаще стали слышаться мнения, что субквантовый уровень физической реальности просто может быть принципиально недоступным, точно так же, как принципиально не наблюдаемы составные части элементарных частиц – кварки. Такие мысли высказывали Гейзенберг, Фейнман и Гелл-Манн. Противоположного мнения придерживались Бом, де Бройль, ДеВитт и другие физики, которых не устраивал тезис копенгагенцев о том, что каждый квантовый объект представляет по своей сути черный ящик, исследовать внутреннюю структуру которого принципиально невозможно[22].

Диалектика спирали исторического материализма вернула «на круги своя» и знаменитую полемику между Эйнштейном и Бором, касающуюся смысла вероятностной интерпретации квантовой теории. Бурные научные споры на эту тему когда-то разделили физиков и философов на два идеологически непримиримых лагеря. Сейчас дискуссию продолжают два известнейших теоретика нашей современности: Роджер Пенроуз, занимающий позицию Эйнштейна, и Стивен Хокинг, выступающий на стороне Бора. Конечно, за прошедшее столетие обсуждаемые вопросы стали сложнее и изощреннее, но их глубинная суть практически не изменилась. Все так же одни физики считают, что вероятностный характер квантовомеханических представлений является фундаментальной особенностью окружающей природы и не может быть выведен из каких-то иных, более глубоких «первых» принципов. Другие же продолжают доказывать, что неоправданное расширение понятия неопределенности физических процессов микромира на окружающую реальность неизбежно приводит к целому ряду логических противоречий (Кот Шредингера), так что далеко не все закономерности квантовой теории выявлены, особенно на уровне ее связи с макромиром.

Обсуждение фундамента «квантовой парадигмы» в наше время захватывает и такие интереснейшие темы, как «квантовая гравитация», «квантовая космология», «квантовая стрела времени» и «квантовая нелокальность». С другой стороны, в орбиту этой давней дискуссии со второй половины прошедшего столетия все чаще начинают попадать весьма необычные и даже фантастические предметы, такие как «ветвящиеся вселенные» и «сознание наблюдателя». Несомненно, что в научных спорах большую роль играет личный фактор восприятия той или иной научной парадигмы. Вот и после сенсационного вывода об ускоренном расширении Вселенной (ранее считалось, что наш мир «раздувается» совершенно равномерно и даже с очень небольшим замедлением) вновь вспомнили о гениальной физической интуиции Эйнштейна, вписавшего в свои уравнения некий таинственный «лямбда-член». А ведь скоро уже столетие, как не умолкают всяческие ученые и не очень критики, смакуя этот «интеллектуальный промах» создателя релятивистского мира. Теперь многие из их продолжателей стали гораздо осторожнее относиться и ко второй главной «ошибке» великого физика в вопросе о «недоопределенности квантовой теории».

Все это подчеркивает, насколько до сих пор не устоялись многие современные концепции теоретической физики. К тому же у сонма околонаучных философов, журналистов, писателей-популяризаторов и даже профессионалов-теоретиков существует огромный соблазн распространить глубоко парадоксальные закономерности микромира на окружающую реальность. Ярким примером здесь может служить книга Фреда Адамса «Наш живой Мультиверс. Книга Бытия в 0+7 главах» и труд одного из главных апологетов «квантовой нелокальности» известного физика-теоретика Дэвида Дойча «Структура реальности».

Во второй половине прошлого века спор о реальности квантового мира перешел в совершенно необычную плоскость обсуждения реальности существования множества одновременных вариаций Вселенной. Несмотря на кажущуюся фантастичность, эта идея прижилась, получила дальнейшее развитие, и в дальнейшие годы термин мультимир и его аналоги – мультиверс, мультиуниверсум, мегамир и метавселенная – появились в статьях серьезных профессиональных теоретиков. Сейчас уже целые научные школы развивают подобные концепции, считая, что в будущем такие построения могут занять видное место во всеобщей парадигме физической реальности.

Особенно часто концепция Мультивселенной рассматривается в космологическом аспекте, как неотъемлемая часть окружающей реальности. В 1957 году следующий шаг в поисках границ квантовой реальности сделал в пятидесятых годах прошлого века молодой аспирант патриарха физической космологии Джона Арчибальда Уилера – Хьюго Эверетт. Его «многомировая интерпретация», или «интерпретация со многими вселенными», квантовой теории описывала Вселенную в целом. В концепции Эверетта каждый раз, когда происходит взаимодействие между двумя квантовыми системами, волновая функция Вселенной расщепляется, порождая «ветвистый куст» разнообразных исторических последовательностей. Что такое волновая функция Вселенной? Мне кажется, что и сам Эверетт не имел ясного представления о столь глубокой абстракции, конечно, он оперировал с соответствующим математическим образом и использовал довольно развитый математический аппарат, но реальная сущность его построений до сих пор вызывает головокружительное впечатление.

В космологическом плане многомировая интерпретация описывает некий вектор состояния для Вселенной в целом, точно так же как делает это для пси-функций микрочастиц. В этом смысле многомирье просто не имеет границ между классической и квантовой реальностью. Однако некоторые теоретики считают, что многомировая интерпретация в своем исходном варианте реально не упраздняет границу микромакромира, а смещает ее в направлении «управляющего квантовым выбором сознания наблюдателя». Комментировать подобные спекуляции очень трудно, скорее, их можно просто рассматривать как калейдоскопической пестроты построения, весьма мало соотносящиеся с окружающей объективной реальностью…

Согласно многомировой интерпретации, существует бесконечное множество равноправных «копий» параллельных миров, воплощающих окружающую физическую реальность. Тогда волновая функция будет описывать единый квантовый Универсум, который представляет собой наложение бесконечного числа всех возможных состояний. В некотором смысле многомировая интерпретация кажется проще копенгагенской, но за эту простоту приходится платить, постулируя постоянное расслоение квантового Универсума на множество классических миров.

Впервые многомировая Вселенная возникла в середине прошлого века в статье американского физика Хью Эверетта, в те времена аспиранта знаменитого теоретика Джона Арчибальда Уиллера. Впоследствии Эверетт отошел от занятий физикой, и дальнейшее развитие теории «множественных вселенных» было сделано Уиллером. Так она и вошла в науку как «Многомировая интерпретация Эверетта – Уиллера». Согласно этой теории, существует не одна, а сразу множество вселенных, в точности подобных нашей и по внешнему виду, и по физическому составу.

Вообще говоря, в науку прошлого столетия парадигма многомирности внесла и много путаницы, так что даже многие профессиональные физики употребляют одни и те же термины в разном по смыслу контексте. Так, понятие «мультиверс» обычно связывают именно с парадоксальной многомировой интерпретацией квантовой теории измерений Эверетт – Уиллера – ДеВитта[23].

С самого начала вокруг теории Эверетта возникла бурная дискуссия. Особенно усердствовали различные околонаучные журналисты, настойчиво добиваясь от ученых ответа на вопрос: «Как же попасть в иные миры Эверетта – Уиллера»? Надо заметить, что абсолютным большинством физиков-экспериментаторов модель многомирья воспринималась с полным безразличием, ведь для тех расчетов, которыми пользуются физики при описании своих экспериментов и при создании различных приборов, совершенно безразлично, верна теория Эверетта или нет.

Если обратиться к истории становления и развития идей квантового Универсума, то надо честно признать, что в самом начале профессиональное сообщество ученых отнеслось к ней с большим сомнением, сочтя ее автора, по меньшей мере, беспочвенным фантазером. И это несмотря на то, что благожелательную, но очень осторожную рекомендацию к публикации первой статьи Эверетта дал сам Бор, а ходатайствовал перед ним об этом сам Уилер. Ситуация начала несколько меняться только после того, как у многомировой интерпретации появились комментарии и развивающие идеи таких крупных теоретиков, как Уилер и ДеВитт. Собственно говоря, сам термин «многомировая интерпретация» возник только после аналитических работ Уилера и ДеВитта. Вообще-то, такое название не точно и уже ввело в заблуждение множество журналистов, литераторов и философов, правильнее было бы употреблять словосочетание «многопроекционная интерпретация».

Таким образом, в квантовом Универсуме Эверетта будут совершенно реальны все возможные варианты измерений, скажем, того же спина электрона, но вот реализовываться они будут в совершенно разных квантовых проекциях нашей Вселенной. Причем в многомировой интерпретации (будем употреблять этот общепринятый термин) проблема выбора результата измерений формулируется иначе, чем в традиционной квантовой физике. Вместо поиска возможных результатов измерений возникает вопрос: в каком именно проекционном отражении квантового Универсума произошла локализация лабораторного наблюдателя?

В свое время Уилер предложил довольно наглядную формулировку многомировой парадигмы, получившей название «железнодорожная аналогия». Он представил, что в момент измерения параметров квантового объекта перед экспериментатором как бы возникает некая железнодорожная стрелка, и состав нашего мира может двинуться в самых разных направлениях. И только тогда в полной зависимости от выбранной «железнодорожной колеи» наблюдатель зафиксирует тот или иной параметр измерения. При этом каждое направление маршрута железнодорожного состава, соответствующее альтернативным измерениям, будет пролегать уже по рельефу иных миров как проекций нашей Вселенной.

Тем не менее самым узким местом многомировой интерпретации является отсутствие реальных физических механизмов воплощения того или иного мира, составляющего нашу реальность. Несмотря на свою внешнюю элегантность и внутреннюю логику построения универсума, интерпретация квантовой механики Эверетта – Уилера – ДеВитта при всей своей парадоксальности не вводит ни одного нового физического объекта, существование которого можно было хотя бы косвенно подтвердить или даже опровергнуть экспериментальным путем.

Чтобы понять буквально гипнотизирующую привлекательность квантового многомирья, надо вспомнить, что воздействие любого измерительного прибора мгновенно «схлопывает» волновой вектор, вызывая так называемый коллапс волновой функции, или редукцию волнового пакета. Однако подобные «катастрофические» решения неправомерны для математической структуры уравнения Шредингера, проще говоря, для тех, кто еще хоть что-то помнит из школьной алгебры, – это неправильные решения, которые надо отбрасывать в конечном итоге.

Что же тогда происходит с волновой пси-функцией при лабораторных измерениях и как же правильно рассказать обо всем этом на языке квантовой физики?

Этот вопрос до сих пор не имеет однозначного ответа; так, с точки зрения стандартной копенгагенской интерпретации, измерение представляет собой взаимодействие квантовой системы с классическими объектами, в результате которого она переходит от одного состояния макроскопического детектора к другому. Поэтому сам процесс измерения и не должен описываться решениями уравнения Шредингера, которое справедливо лишь для квантового мира. В копенгагенской интерпретации редукция пси-функции считается объективной реальностью квантового мира. Собственно говоря, на этом и строится детально разработанный формализованный аппарат расчетов поведения квантовых систем. За всю историю квантовой науки он всегда выдавал стопроцентно верные результаты, предсказывающие экспериментальные данные. Именно поэтому все возможные физические расчеты, например в квантовой оптике, выполненные на основе самых разных квантово-механических интерпретаций, дают совершенно одинаковые результаты, что заставляет глубоко задуматься о правомерности разделения таких подходов.

Сама по себе гипотеза Мультивселенной оказалась довольно продуктивной как в теорфизическом, так и в философском плане, вызвав еще один поток работ в области квантовой космологии. В их основе лежит удивительная модель инфляционного Большого взрыва, согласно которой наш мир при рождении испытал кратковременное сверхбыстрое (инфляционное) расширение, в ходе которого его размеры выросли по экспоненте от времени.

Эта стадия эволюции космоса началась через 10 секунды после возникновения космологической сингулярности, формально являющейся точкой отсчета истории нашей реальности. Этот этап носит название «планковский», поскольку в свое время «отец квантов», используя комбинации из известных фундаментальных констант, включая постоянную Планка, сконструировал набор величин длины, массы, времени, температуры и энергии. Планковское время составляет трудновообразимую величину, близкую к 10^—43–44 секунды, поэтому все временные интервалы этого порядка получили название «планковские». В этот период теоретики смогли «нащупать» только следы физического вакуума, наполненного неким силовым полем, насыщенным квантовыми флуктуациями, «вспенивающими» пространство-время. Эти спонтанные квантовые всплески первичного поля и явились «зародышами» исполинских областей континуума, развившимися в миры Мультивселенной. При этом отдельные вселенные могут находиться в едином пространстве-времени, но совершенно не понятно, как они могут наблюдаться относительно друг друга.

В конце концов одна из флуктуаций достигла критического размера, что привело к острому локальному экстремуму интенсивности поля, после чего она стала быстро спадать. Данный квантовый скачок как раз и создал предпосылки для выхода расширения Вселенной на инфляционный режим, который начался с генерации молниеносно расширяющегося сгустка силовых полей зародыша нашего мира. И вот – за невообразимо малый «квантовый» срок, заполнивший, как минимум, объем Метагалактики.

Так пространство нашей Вселенной приобрело современные размеры, в которых и начал развиваться, собственно, процесс Большого взрыва. Именно на этапе инфляции и сформировалось «физическое лицо» нашего мира, представляющего систему фундаментальных физических законов, с тех пор и управляющих поведением вещества и излучения в нашей реальности. После всплеска, вызвавшего распространение пространства-времени, скалярное поле устремилось к минимуму, при этом в нем возникли очень быстрые колебания – осцилляции, рождающие элементарные частицы. Таким образом, к окончанию инфляционной фазы наш мир уже был переполнен высокотемпературной плазмой, включающей свободные кварки, глюоны, лептоны и сверхвысокоэнергетичные фотоны – кванты электромагнитного излучения. Затем началась интенсивная конденсация кварков и глюонов в протоны и нейтроны, плавно перешедшая в первичный нуклеосинтез ядер гелия, дейтерия и лития.

Судьба нашей Вселенной решалась в первые секунды после Большого взрыва, и решалась квантовой физикой, управляющей балансом плотности вещества и энергии. Даже ничтожное преобладание энергии привело бы к быстрому раздуванию и охлаждению, а вещества – к скорой смене расширения на сжатие в точку и, возможно, новому взрыву. Вид нашей Вселенной также определила величина внутриядерных сил, связывающих вместе нейтроны и протоны. Если бы она была меньше существующей, атомные ядра просто бы не возникли, а если бы больше, то еще на этапе первичного нуклеосинтеза весь наличный водород практически мгновенно превратился бы в гелий. Не совсем понятную, но, несомненно, очень важную роль играет в эволюции нашего мира скрытая «темная энергия» физического вакуума. В силу каких-то совершенно непонятных причин где-то семь миллиардов лет назад эта странная энергия сместилась от нулевого к положительному значению, подтолкнув Вселенную к ускоренному расширению. Существуют предположения, что энергия вакуума определяет структуру космической материи, и будь она хоть немного ближе к нулю, наш мир так бы и остался бесформенным газопылевым облаком, равномерно рассеянным по космическим просторам. В противном случае чем больше была бы величина темной энергии, тем быстрее первичное вещество сконденсировалась в сверхмассивные галактики, через несколько миллиардолетий сколлапсировавшие в черные дыры гравитационных провалов космоса.

Хотя в квантовой инфляционной космологии еще очень много белых пятен, да и сам по себе механизм инфляции малопонятен, теоретики уже разработали инновационный сценарий вечной инфляции. Эта парадоксальная концепция считает квантовые флуктуации, положившие начало нашему миру, продолжающими самопроизвольно возникать, порождая все новые Вселенные. Не исключено, что и наша Вселенная сформировалась подобным образом в мире-предшественнике. Тут можно допустить, что и в нашем мире возникнет флуктуация, которая разовьется в новую вселенную, может быть, даже с иными физическими законами и структурой пространства-времени, тоже впоследствии способную к космологической «редубликациии».

Кроме того, в квантовой космологии широко употребляется термин «мультиуниверсум», возникший на основе модельного варианта инфляционного развития сингулярности Большого взрыва, предложенного в 1980 году Аланом Гутом и вскоре развитого в полноценную теорию Старобинским, Линде и Киржницем.

На первый формальный взгляд, теории «квантового мультиверса» и «инфляционного мультиверсума» как бы и не связаны, мало того, они принадлежат к разным разделам теоретической науки – квантовой механике и теоретической астрономии. Однако если начать более пристально анализировать их содержания, открываются поистине удивительные вещи.

Во-первых, «квантовая шизофрения» совершенно по-иному освещает самый таинственный момент в истории рождения нашего мира в релаксации (или наоборот – активации?) первичной квантовой флуктуации (чего – инфлатона?). Квантовая флуктуация при этом из редчайшего случайного явления превращается в свою полную противоположность – бессчетное множество квантовых проекций изначальной реальности…

Во-вторых, в каждый квант последующего времени (хроноквантовый шаг) «квантовая шизофрения» продолжается и продолжается… Трудно даже представить общее количество населения такого многомирья. Проще говоря, это мультиуниверсум в степени мультиверса – гуглы и гуглы миров (гугл = 10¹⁰⁰, это число с сотней нулей), а может быть, и вообще нечто невообразимо фантастическое – гуглы в степени гуглов…

Чем пристальнее мы вглядываемся в темные воды Леты-реки, тем больше видим очень странных миражей иных миров и времен. Но и среди этих призрачных образов выделяется модель многомирового мультиверса с бесконечным количеством времен и вселенных.