Где и как ищут другие вселенные

Осенний вечер, сумерки, клавиатура со стершимися буквами — удивительно, но многие ученые и философы считают, что все эти вещи обязаны своим существованием именно тебе, читатель. Примерно так можно перевести на человеческий язык знаменитый антропный принцип, гласящий: наша Вселенная именно такая, какая она есть, потому, что только в ней мог появиться разумный наблюдатель, способный зафиксировать ее существование.

Но начнем по порядку. Все происходящее во Вселенной, хотим мы того или нет, описывается законами физики. Некоторые из них проходят в школе, некоторые в университете, а иные и вовсе знает всего несколько десятков человек на Земле. В любом случае почти во всех физических законах используются константы — некоторые неизменные, фундаментальные величины, описывающие физические взаимодействия. Так, константой является элементарный заряд (заряд электрона и он же минимальный возможный электрический заряд) или постоянная всемирного тяготения (через нее, а также массу Земли и ее радиус вычисляется, надеемся, знакомое со школы ускорение свободного падения).

Сравнительно недавно ученые заметили, что этот набор физических констант выглядит неслучайным: поменяешь чуть-чуть одну — и станет невозможным фотосинтез, другую — и Солнце погаснет за миллионы лет до появления жизни, третью — миллиарды миллиардов атомов и вовсе никогда не смогут собраться в нечто похожее на звезду или планету. Все выглядит так, словно наша Вселенная живет по идеальным (и единственно возможным) для возникновения жизни законам. Как тут не вспомнить о разумном замысле Творца?

Ведь математически наш набор констант не является единственно возможным. Так почему бы не существовать другим Вселенным с другими законами физики? Во всяком случае, так считает космолог Макс Тегмарк из Массачусетского технологического института. Пусть мы не можем их себе представить, пусть большинство из них — это просто безжизненные мешки пространства-времени, но зато так мы обязаны нашим существованием лишь слепой случайности.

Вопрос почти риторический — как всегда, в звездном небе над головой. Впрочем, сначала надо немного разобраться в истории родной Вселенной.

Что было в начале нашего мира, до сих пор никому толком не известно. То ли из ниоткуда, то ли посреди некоей «правселенной» внезапно появился маленький шарик колоссальной плотности и температуры. (Правда, прилагательное «маленький» тут может изрядно запутать: даже этот зародыш нашего мира уже был бесконечного размера). После он стал стремительно расширяться и набирать массу буквально из пустоты. (Космологи говорят, что из темной энергии, но кому от этого легче?)

Этот период в жизни нашей Вселенной называется «стадией инфляции». И подобно тому, как младенческие годы во многом определяют нашу судьбу, инфляция определила современный облик Вселенной.

Эта же черта сохранилась и в современной Вселенной: в большом масштабе она вся выглядит примерно одинаково. Бесконечные пустоты в ней лишь изредка перемежаются скупыми вкраплениями планет, звезд или галактик. (Вспомните свой первый полет на самолете: неужели на такой высоте все города — это просто набор прямых линий и разнообразных фигур?)

Но откуда тогда во Вселенной взялись Солнце, Земля или другие осмысленные и плотные объекты? Считается, что своим существованием они все обязаны инфляции. Согласно квантовому принципу неопределенности, мир никогда не застывает на месте: даже в вакууме постоянно рождаются и умирают новые пары частиц и античастиц. Более того, если мы захотим взять какой-нибудь мельчайший кусочек уже «стабильной» материи, то нам никогда не удастся его зафиксировать, локализовать — он всегда будет как будто дрожать.

Такие квантовые колебания, или, как их еще называют, «квантовые флуктуации», и ответственны за появление в нашей Вселенной первых крошечных неоднородностей (там плотность энергии чуть побольше, а тут чуть поменьше), которые потом были подхвачены инфляцией и в результате привели к формированию галактик и звездных скоплений.

Но инфляция закончилась так же внезапно, как и началась, — вдруг, словно по щелчку. Вселенная стала расширяться уже гораздо более скромными темпами и одновременно остывать. Тогда она сплошь состояла из плазмы, в которой положительные ядра и отрицательные электроны не замкнуты друг на друга в атомы, а перемешаны между собой. Такой густой и горячий суп был непрозрачен для излучения: фотоны рассеивались на заряженных частицах.

Температура упала так сильно (с 1028 K до 3000 K), что «непрозрачная» плазма превратилась в «прозрачную» смесь атомов водорода и гелия.

До нас даже дошел моментальный снимок того мира, называемый «реликтовым излучением». Последнее представляет собой совокупность всех фотонов, миллиарды лет назад в последний раз рассеявшихся на заряженных частицах в удаленных уголках Вселенной и теперь практически без искажения долетевших до Земли. 

Реликтовое излучение содержит уникальную информацию. Ведь его небольшие неоднородности (с одной части звездного неба прилетает чуть больше фотонов с чуть более высокой энергией, а с другой — наоборот) — это отражения тех самых первичных флуктуаций, подхваченных инфляцией Вселенной, но тогда еще не превратившихся ни в какие галактики (13,8 млрд лет назад это были просто перепады плотности водорода или гелия в несколько тысячных процента).

За него получают Нобелевские премии; зная его характеристики, проверяют самые смелые гипотезы, вроде существования гравитационных волн; для его изучения запускают телескопы в космос (обсерватория Planck) или хотя бы мастерят их в Антарктике (аппаратура BICEP2). Здесь же ищут и признаки иных Вселенных.

Я хорошо помню то утро, когда я осознала, что разгадка всегда была рядом, — вспоминает адъюнкт-профессор Университета Северной Каролины Лаура Мерсини-Хоутон. — После утренних пар я сидела в «Старбаксе», тупо уставившись в окно, — тогда-то мне в голову и пришла эта идея.

Позже Лаура вместе с коллегами формулирует девять признаков существования Мультивселенной (The Nine Secret Codes of the Multiverse). Для нас они звучат, конечно, странновато (там есть пункты вроде «выравнивание реликтового излучения вдоль его длинноволновой гармоники, называемой „Осью зла“»), но поверим авторитетным ученым: восемь из этих пунктов проверятся на реликтовом излучении, и большинство из них эту проверку уже прошло.

Все как в жизни. Смутный облик дальних родственников, разбросанных по дальним уголкам Земли или хотя бы бескрайней родины, хранят только выцветшие детские фотографии.

Дело в том, что вместе с пузырьком нашей Вселенной из пены пространства-времени (да-да, и такие слова можно встретить на страницах серьезных научных работ) могло появиться еще много других пузырьков. И все они поначалу были квантово перепутаны — если бы какой-нибудь всесильный наблюдатель попытался хотя бы померить характеристики любого из них, то это мгновенно почувствовали бы и все остальные пузыри.

Прошло время. Некоторые из них лопнули. Другие раздулись до невероятных размеров, стали степенными, самостоятельными и уже ничего не помнят о своем прошлом.

«Пена пространства-времени», «квантовая перепутанность», «пузыри Вселенных» — слова последних абзацев могут показаться читателю лишь болезненным бредом некоторых ученых, который доверчивый автор текста с готовностью пересказывает. Давайте не будем спешить: в возможность существования иных Вселенных или одной большой Мультивселенной действительно верит очень много современных физиков и космологов.

Так, Вячеслав Муханов, профессор Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана, лауреат многочисленных престижных наград и один из главных специалистов по инфляционным моделям, говорит: «В этой комнате в каждый момент времени может рождаться новая Вселенная. Если расширение подхвачено темной энергией, то маленькая Вселенная, образовавшаяся в результате квантовой флуктуации, может стать невероятно огромной. Просто мы ее не видим, потому что дверка, которая нас с ней связывает, имеет колоссально малые масштабы».

При этом для нас, сторонних наблюдателей, рождение нового мира выглядело экзотично, но не очень впечатляюще. Просто из нашей Вселенной пропал бы маленький пузырек пространства-времени, оставив после себя небольшой ядерный взрыв.

Ответ неожиданный: гугол штук, или 10¹⁰⁰. Для сравнения: количество элементарных частиц во Вселенной (получается, самое большое осмысленное число) не превышает 10⁸⁰ – 10⁹⁰.

Николай Коперник впервые с античных времен заговорил о том, что в центре нашего мира находится не земля, а Солнце, — его труды были запрещены инквизицией. Джордано Бруно верил, что в мире есть другие звезды и другие планеты, — его сожгли на костре. Интересно, что бы случилось с современными учеными? Впрочем, избавившись от средневековых предрассудков, некоторые из них, кажется, ударились в другую крайность.

Мол, ДНК мира — это тот самый набор физических констант, а дольше всего живут и лучше всего размножаются именно те миры, условия которых идеально подогнаны для возникновения разумной жизни.

Волнующее сравнение можно продолжать и углублять. А наследуются ли наборы констант от родительской Вселенной? Случайна ли связь между продолжительностью существования Вселенной и ее пригодностью для жизни? Может ли развитая цивилизация случайно или специально, сфокусировав энергию огромной плотности в одной точке, спровоцировать появление новой Вселенной?

Но только что запустило такой сложный и запутанный механизм? И что мешает высшему разуму создать не только Землю с вращающимися вокруг нее планетами и Солнцем, но, скажем, два гугола Вселенных из загадочной пены пространства-времени?

P.S. В марте этого года пришли сенсационные новости с BICEP2. Ученые обнаружили следы гравитационных волн — объекта уникального самого по себе и необходимого для гипотезы Мультивселенной — в реликтовом излучении. Триумф теории.

Однако триумф этот длился недолго. Уже осенью из обсерватории Planck были получены новые данные, которые неопровержимо свидетельствуют: снимок детства нашей Вселенной сильно искажен межгалактической и межзвездной пылью.

Но не волнуйтесь. У физиков с их бесконечными вариациями теории струн или многомировой интерпретацией квантовой механики Эверетта еще много способов найти нам другие миры.