[Перевод] Спросите Итана: мультивселенная и дороги, которыми мы не прошли

Слово «мультивселенная» используют многие люди, но не все подразумевают под ним одно и то же понятие. Читатель Крис Олсон спрашивает о двух разных значениях этого слова:

Каким образом идеи Эверетта о квантовой механике и вечная инфляция связаны друг с другом, если они вообще связаны? Можно ли провести различия между мультивселенными, о которых говорят эти идеи?

Существует множество вариантов, которые люди могут иметь в виду, употребляя термин «мультивселенная» вместо «Вселенная», поэтому давайте пройдёмся по ним, начиная с идей, требующих меньше всего новых предположений, и заканчивая самыми умозрительными.

1) Вселенная за пределами нашего поля зрения. Говоря «Вселенная», мы часто подразумеваем её наблюдаемую часть. Поскольку известная нам Вселенная началась с события, которое мы знаем, как горячий Большой взрыв – когда горячая, плотная Вселенная, наполненная веществом и излучением, впервые появилась 13,8 млрд лет назад и начала расширяться, охлаждаться и собираться в комочки под воздействием гравитации – мы ограничены тем, что можем наблюдать. Даже сигналы, появившиеся в тот же момент, и беспрепятственно путешествовавшие со скоростью света в постоянно расширяющейся Вселенной, способны были пройти с тех пор лишь конечное расстояние. В нашей Вселенной, где есть нормальная материя, тёмная материя, тёмная энергия, нейтрино, излучение и всё то, что нам ещё известно, это расстояние равно 46,1 млрд световых лет с центром в точке нашего пребывания.

Нет причин, по которым вне этой границы не может существовать что-то ещё. Просто у всего, что есть в ненаблюдаемой части Вселенной, не хватило времени, чтобы достичь нас. Со временем всё большая часть Вселенной будет открываться нам с нашей точки наблюдения, даже с учётом действия тёмной энергии. Но сколько там всего вообще есть? Судя по наблюдаемой кривизне пространства, вся существующая Вселенная простирается по меньшей мере в 250 раз дольше во всех измерениях, то есть её объём как минимум в 250³, или в 15 млн раз больше наблюдаемого. Возможно, что она вообще бесконечная, хотя точно это неизвестно. Но это – самая консервативная из всех версий мультивселенной – просто ещё больше того же самого. Но может быть и кое-что ещё.

2) Различные «карманы» Вселенной в местах, где закончилась инфляция. Большой взрыв мог быть началом того, что известно нам, как «наша» Вселенная, но мы не можем экстраполировать назад до любого этапа горячего и плотного состояния. Мы только знаем (благодаря реликтовому излучению), что Вселенная в горячем Большом взрыве достигала температур, не превышающих 10³⁰ К. Это много, но не дотягивает до планковского масштаба, до сингулярности, или до того, чтобы сломались известные нам законы физики. И один из выводов состоит в том, что до Большого взрыва было что-то ещё, соответствующее тому, что мы обозначаем как изначальные условия: космическая инфляция. Инфляция – суть период жизни Вселенной перед Большим взрывом, который подготавливает его, в результате чего тот:

• растягивается до плоского состояния,
• освобождается от всех реликтовых частиц, созданных до того, как закончилась инфляция,
• обладает одинаковой температурой и плотностью энергии по всему объёму,
• содержит единообразный спектр флуктуаций.

Инфляция похожа на катящийся с холма мяч, только это квантовый мяч, поэтому имеют место вероятности в каждой точке, в которой он скатится (или не скатится) с холма.

В тех местах, где инфляция остаётся на вершине холма и не скатывается, инфляция продолжается, и создаёт всё больше пространства. Там, где она скатывается, инфляция прекращается и происходит горячий Большой взрыв. И хотя инфляция закончилась в нашем регионе пространства 13,8 млрд лет назад, неразумно полагать, что она закончилась везде. Некоторые регионы космоса будут продолжать испытывать инфляцию вечно. И пока скорость расширения пространства больше, чем скорость, с которой заканчиваются инфляционные карманы, будет происходить бесконечное количество Больших взрывов, не связанных друг с другом, а также инфляция будет продолжать идти в тех местах, где она не закончилась, вечно.

На картинке красные крестики отмечают регионы, такие, как наш, в которых инфляция закончилась. Но существует бесконечное количество регионов, где она заканчивается. Эта Мультивселенная даже больше, чем «больше той же самой Вселенной» из предыдущего пункта. И это первая из тех мультивселенных, про которые спрашивал читатель: мультивселенная вечной инфляции.

3) Различные версии вас в различных частях мультивселенной. В наблюдаемой части Вселенной насчитывается 10⁹⁰ частиц (включая фотоны и нейтрино), и все они испытывают взаимодействие и столкновение друг с другом. У всех есть расположение и импульс, уникальная история, и примерно 10²⁸ в данный момент скомбинированы, чтобы составить нас с вами. Если взять ожидаемую скорость расширения пространства и принять, что большая его часть расширялась с этой скоростью в течение всей истории Вселенной (13,8 млрд лет), можно подсчитать, сколько существует возможных Вселенных, похожих на нашу.

Чертовски много! Реалистично можно говорить о 10¹⁰⁵⁰ Вселенных, стартовавших с начальными условиями, похожими на наши. А это 10^{100000000000000000000000000000000000000000000000000} Вселенных – возможно, крупнейшее число из всех, которое вы пытались себе представить. Но числа, описывающие количество возможных вариантов взаимодействий частиц, ещё больше. Ведь чтобы получить идентичного вам двойника, вся история Вселенной должна была развиваться точно так, как развивалась наша, до тех пор, пока вы не приняли решения по поводу:

• устройства на ту работу,
• покупки того дома,
• поцелуя понравившегося вам человека,

или по какому-то другому поводу.

В нашей Вселенной навалом частиц, 10⁹⁰. При каждом взаимодействии двух из них существует не один вариант развития событий, а целый квантовый спектр. Как бы это ни было печально, существует гораздо больше, чем (10⁹⁰)! Возможных вариантов частиц, и это число во много гуголплексов раз больше, чем такой пустяк, как 10¹⁰⁵⁰. Иначе говоря, количество возможных вариантов взаимодействия частиц в любой Вселенной стремится к бесконечности быстрее, чем возникает количество возможных Вселенных благодаря инфляции. Инфляция должна была бы продолжаться вечно, пока для такой ситуации не стал бы возможным наш Большой взрыв, а это противоречит теореме Борда-Гута-Виленкина, показывающей, что инфляцию нельзя до бесконечности экстраполировать в прошлое. Получается, что такой вариант маловероятен.

4) Квантово запутанные двойники в разных карманных Вселенных. Мы подошли ко второй части вопроса читателя – квантовая механика Эверетта. Если 3-й вариант реален, и существуют другие версии вас в других карманах мультивселенной, запутаны ли они? Квантовую физику можно интерпретировать по-разному, то есть, к неё можно подходить разными способами, дающими одинаковые ответы. Квантовые системы могут обладать волновыми функциями, распространяющимися во времени и мгновенно схлопывающимися при взаимодействиях, или же это может быть набор из всех возможных вариантов развития событий, из которого выбирается только один вариант. Интерпретация Хью Эверетта – многомировая интерпретация квантовой механики – постулирует, что существует бесконечное множество параллельных Вселенных, и при принятии решения мы выбираем один из множества возможных путей. Так что существуют вселенные, в которых вы выбрали или не выбрали ту работу, купили или не купили тот дом, и т.п.

И если даже существовало бы бесконечное количество Вселенных, невозможно было бы создать запутанность между ними, хотя это не останавливает людей, любящих порассуждать. Это ещё одна из непроверяемых возможностей, требующая сделать несколько необычных предположений. Но мы можем отправиться ещё дальше в эту кроличью нору мультивселенных.

5) Разные вселенные с разными законами физики. Это ещё более умозрительная концепция, основанная на предположении, что инфляция может окончиться разными способами, что приведёт к появлению разных законов физики и фундаментальных констант, отличающихся от тех, что присутствуют в нашей с вами Вселенной. У этой мультивселенной некоторые карманы будут реколлапсировать, другие же расширяться столь быстро, что не там сформируются звёзды и галактики; в некоторых не будет тёмной материи, другие будут полностью состоять из тёмной материи; в некоторых космологическая константа будет больше, меньше или вообще отрицательной. Могут даже быть вселенные с совершенно другими частицами и взаимодействиями между ними. Это тоже никак не проверить.

Из наших наблюдений следует истинность первого варианта: Вселенная больше, чем то, что мы можем наблюдать. Исходя из сведений об инфляции мы практически уверены в правильности варианта №2: существуют регионы космоса вне нашей Вселенной, где инфляция оканчивалась в разное время, и в каждом произошёл свой горячий Большой взрыв, а также регионы с пока ещё продолжающейся инфляцией, а также те, в которых она будет длиться вечно. Наши представления о бесконечности говорят, что вариант №3 скорее всего невозможен, а поэтому выпадает и №4. 5-й вариант забавный, но для него нет ни доказательств, ни возможностей проверить, и то, что инфляция заканчивается задолго до достижения планковских масштабов, даёт нам серьёзные основания сомневаться в его возможности. Мультивселенная вне всякого сомнения реальна, но всё зависит от того, какой версии мультивселенной придерживаетесь вы.