Машины пространства и времени
Александр ВОЛКОВ
В современной физике постепенно утверждается мысль о том, что наша Вселенная — лишь одна из бесчисленного множества вселенных. Некоторые из них, по-видимому, в точности напоминают нашу; в других могут существовать совершенно иные законы природы и иное количество размерностей; там вообще можно встретить все, что обещает математика. Гипотеза параллельных вселенных весьма удобна, с точки зрения физиков. В принципе, она объясняет, почему мы живем в лучшем из миров. И даже позволяет обсудить вопрос, как добраться до других миров.
Теория Эйнштейна не запрещает переноситься из одной точки космического пространства в другую со скоростью выше световой — важно лишь выбрать особый маршрут. Пусть сказанное кажется фантастичным, но ведь научная фантастика расширяет возможности нашего воображения и представления современной физики!Быть может, со временем космические корабли научатся преодолевать пространство-время и сновать по туннелям-червоточинам, хотя расчеты показывают, что для этого потребуется неимоверное количество отрицательной энергии, то есть энергии меньшей, чем у абсолютного вакуума. Гипотеза, появившаяся во второй половине прошлого века, по-прежнему вызывает большой интерес у ученых. В начале ХХI века появилось несколько серьезных научных исследований, посвященных загадочным космическим образованиям.
Многоголосица многомирья
Все чаще в теоретических работах космологов наша Вселенная, как в зеркалах, отражается в бессчетном рое себе подобных. Миры параллельных миров множатся до бесконечности. Миры наших двойников, которые в других существованиях поддаются всем тем соблазнам, от которых мы отказались, — и наоборот. Миры, во всем не похожие на наш: с совершенно иными законами природы и натуральными константами, со временем, текущем в другом направлении, с частицами, мчащимися со сверхсветовой скоростью. Миры мистиков, поэтов, философов. "Слушай: за углом чертовски славный мир, ей-ей; идем!" Сколько раз, подобно американскому лирику Эдварду Каммингсу, литераторы звали нас перенестись, пусть мысленно, в тот желанный мир, где сбудется все, что мы чаяли увидеть...
"Идея параллельных вселенных казалась ученым очень подозрительной — своего рода прибежищем эзотериков, фантазеров и шарлатанов. Любой физик, вздумавший рассуждать о параллельных вселенных, становился объектом насмешек в глазах коллег и рисковал своей карьерой, ведь даже и теперь нет ни малейшего экспериментального подтверждения их правоты. Однако постепенно отношение к этой проблеме резко изменилось, и умнейшие головы на планете энергично пытаются решить ее", — отмечает профессор Нью-Йоркского университета Митио Каку, автор книги "Параллельные вселенные".
Совокупность вселенных уже получила свое название: Мультивселенная, Мультиуниверсум. Сама же гипотеза о существовании этих миров называется М-гипотезой. Ей все чаще посвящают серьезные научные книги.
Автор одной из них, "Вселенная по соседству", — британский астрофизик Маркус Чаун пишет: "Наша Вселенная — не одна-единственная вселенная, а всего лишь одна в бесконечной череде других, подобно пузырькам пены, бурлящим в реке времени. Там, за самыми дальними границами мироздания, видимыми в телескоп, существуют вселенные, готовые соответствовать всем мыслимым математическим формулам".
Профессор Массачусетского технологического института Макс Тегмарк, автор исследования "Параллельные вселенные" опубликованного в сборнике "Science and ultimate reality" который издан недавно Кембриджским университетом, констатирует: "Природа самыми разными способами подсказывает нам, что наша Вселенная — всего лишь одна среди громадного числа других вселенных... В данный момент мы еще не в состоянии увидеть, как эти части складываются в одну огромную картину... Конечно, многие простые люди находят подобное представление сумасбродным, и так же считают многие ученые. Но это — эмоциональная реакция. Людям просто не нравится весь этот хлам безжизненных мирозданий".
В стороне от этого наваждения не остались и самые авторитетные физики современности. Так, профессор Кембриджского университета Мартин Рис, королевский астроном Великобритании, убежден: "То, что мы привыкли называть "Универсумом", на самом деле, может быть лишь одним-единственным звеном в целом ансамбле. Вполне допустимо существование бессчетных других вселенных, где законы природы выглядят совсем иначе. Вселенная, в которой мы возникли, входит в необычное подмножество, где допустимо зарождение сознания".
Впервые зримая тень других вселенных легла на наш мир, едва зародилась квантовая физика. Эта тень сгустилась из всех возможных альтернативных вариантов развития мироздания, которые не менее "реальны", чем те, что мы наблюдаем. Параллельные квантовые миры непостижимым образом существовали рядом с нами, одновременно с нами, заполняли все наше время и пространство — и оставались невидимы, недостижимы. Подобная картина была теоретически верна, но с трудом укладывалась в рамки привычных представлений.
Куда понятнее были идеи космологов. Весь наш мир, например, может быть "гранью" некоего N-мерного объекта, и все другие его грани — это отдельные мироздания, проникнуть в которые нам не дано. На пути к ним пространство или время обращаются в бесконечность.
Подобные идеи вписываются в современные представления физиков и астрономов. Так, наша Вселенная родилась 13,7 миллиардов лет назад в результате Большого Взрыва. Ничто не говорит о том, что это было уникальное, единичное событие. Подобные взрывы могли происходить бессчетное множество раз, неизменно порождая очередную чужую вселенную.
Обитатели одного лишь островка "времени-пространства", мы можем только воображать бесконечные дали, сплошь испещренные подобными островками, которые, словно кусочки паззла, составляют одну картину "Мира-в-Целом" — Мультиуниверсума.
Живущий ныне в Америке физик Александр Виленкин, выпускник Харьковского университета (см. "3-С", №2/2003) подчеркивает, что в бесконечно огромном мироздании количество возможных состояний конечно. Значит, — придется сделать логичный, но очень странный вывод, — где-то на неимоверно большом расстоянии от нас все непременно повторится, и в комнатах, которые выглядят, как наши, будут сидеть люди, точь-в-точь похожие на нас, и именно в эту минуту ваш далекий двойник повернет голову влево, если вы посмотрели вправо, и скажет: "Да, согласен!", если вы ответили отказом. В полном комплекте мирозданий содержатся все возможные варианты прожить вашу жизнь. Если вы, следуя своей свободной воле, делаете осознанный выбор, то упущенные вами возможности выпадут на долю ваших двойников. По большому счету, ваша судьба предопределена — с вами произойдет все, что только может произойти. Остается лишь гадать, в какой из вселенных это случится.
"Нас преследует одна и та же навязчивая картина, — иронизировал американский физик, лауреат Нобелевской премии Фрэнк Вильчек, — мы видим бесконечное множество наших собственных копий, которые почти не отличаются друг от друга и которые ведут свою параллельную жизнь. И каждое мгновение появляется все больше наших двойников, которые проживают самые разные варианты нашего собственного будущего".
Вообще говоря, подобные картины восходят к идее американского физика Хью Эверетта, изложенной почти полвека назад, в 1957 году. Он интерпретировал квантовую теорию следующим образом: он предположил, что всякий раз, как только предстоит сделать выбор между несколькими возможными состояниями, наша Вселенная расщепляется на несколько параллельных вселенных, очень похожих друг на друга. Таким образом, есть Вселенная, в которой сегодня вечером я встречусь с О**. Есть Вселенная, где встреча не состоится. И впредь каждая из них будет развиваться по-своему. У каждой отныне будет своя собственная история. Так что, моя приватная жизнь — и впрямь лишь частный случай великого множества судеб, которые предстоит прожить summa summarum мне и всем моим двойникам.
Одновременно идея Эверетта — еще и блестящий способ разрешить неизбежные парадоксы, которые возникают, когда мы рассуждаем о "машине времени". Что если ее изобретатель, отправившись в прошлое, вдруг впадет в дикую тоску и решит наложить на себя руки? Он умрет в далекой юности; он не придумает машину, летящую сквозь даль времен; он не вернется в свою юность; он не убьет себя; он будет жить долго, занимаясь техническим творчеством; он изобретет машину времени; он вернется в прошлое, убьет себя; он умрет в далекой юности... По этой логической цепочке скользишь, как по листу Мебиуса, не понимая, где перешел с лицевой стороны на оборотную.
В 1991 году узел этого парадокса разрубил Дэвид Дойч из Оксфордского университета. В прошлое можно впрямь путешествовать — и даже с пистолетом наперевес, — но всякий раз, когда мы отправляемся в прошлое, мы попадаем не в нашу Вселенную, где никаких гостей из будущего пока видеть — не видели и слышать — не слышали, а в альтернативную вселенную, которая рождается, как только машина времени приземлится. В нашем мире каркас причинно-следственных связей незыблем. Это в тех чужих вселенных стреляются, решаются, лишаются, стоят на голове и ходят задом наперед; это там живут взаймы советами внуков и ставят в тупик дедов; это там со слов "вспять" и "вопреки" начинается любой банальный рассказ. "Объект совершает путешествие из определенного времени, текущего в некоем мире, и попадает в другое время и другой мир. Однако ни один объект не может перенестись в прошлую эпоху того же самого мира", — так можно сформулировать этот опыт путешествия во времени, который трансформировался в путешествие в параллельное пространство. Афоризм Мориса Метерлинка "Если нынче Иуда пустится в путь, этот путь его приведет к Иуде" не выдержал испытания космологическими воззрениями. Человек, пустившийся в прошлое, чтобы встретить себя, находит лишь своего двойника в чужом прошлом.
Странно? "Интерпретация Эверетта — это неизбежный вывод, который следует сделать, если рассматривать квантовую теорию как универсальное учение, применимое всегда и везде", — с подобным рассуждением Дитера Це из Гейдельбергского университета согласятся многие физики. А другие уже занимаются картографированием мироздания, способного вместить не одну, а невесть сколько вселенных.
Так, по расчетам Макса Тегмарка, мой ближайший двойник находится от меня на расстоянии, равном десяти в степени десять в двадцать девятой степени (1010 и в 29 степени) метров. Ближайший мир, населенный двойниками землян, — шар радиусом сто световых лет, — располагается на расстоянии десять в степени десять в девяносто первой степени (1010 и в 91 степени) метров, ну а полную копию нашей Вселенной можно найти на расстоянии десять в степени десять в сто пятнадцатой степени метров (1010 и в 115 степени). Хотите, верьте — хотите, поехали...
В подобных расчетах мы, уникальные и неповторимые люди, множимся, как копии фильмов на DVD-дисках, разобранных по разным квартирам. И если в эту минуту диск номер 3234 пылится в коробке, то диск номер 3235 кто-нибудь как раз ставит в проигрыватель, а диск номер 3236 кто-то вынимает, чтобы положить точно в такую же коробку, а диск номер... В общем, с ними происходит все, что только может произойти.
Полинезия космического океана
Анализируя такую краткую историю космоса, многие ученые убеждены сегодня в том, что наша Вселенная пережила стадию экспоненциального расширения — некогда она разрасталась со сверхсветовой скоростью. Эта идея лежит в основе теории космической инфляции, зародившейся в конце 1970-х — начале 1980-х годов (в ее разработку внесли важный вклад не только зарубежные космологи Алан Гут, Пол Стейнхардт, Андреас Альбрехт, но и наши соотечественники — Алексей Старобинский, Андрей Линде, Александр Виленкин).
"В определенной мере теория инфляции, — подчеркивает Андрей Линде (подробнее о нем см. "3-С", №1/2000), — это вовсе не часть модели Большого Взрыва, как считалось ранее, а, наоборот, сам Большой Взрыв является частью сценария космической инфляции". Процесс инфляции, — к этому склоняются все больше космологов, — прекратился не одновременно "как по команде", а в разное время в разных точках Мультивселенной. Всякий раз, когда где-то прерывалась инфляция, следовал Большой Взрыв, рождались материя и пространство-время — возникала новая вселенная. И таких вселенных наберется теперь великое множество. Так что Большой Взрыв — это что-то вроде шумового фона, сопровождающего жизнь Мультивселенной, а сама она — огромная фабрика по штамповке новых миров, запущенная неизвестно кем и неизвестно когда. В одном из миров мы прижились, в других, возможно, не сумели бы — они оказались бы неприспособленными для нас или очень быстро погибли бы ("схлопнулись"). Вообще же процесс инфляции протекает вечно, и если можно было бы представить Мультивселенную в виде неба у нас над головой, то наши Вселенные были бы точками ("звездочками") на этом небе, уходящем в бескрайнюю даль. "В сценарии вечной инфляции нет предела эволюции Мультивселенной, — отмечал Андрей Линде. — Мультивселенная, как нечто целостное, никогда не исчезнет". Иными словами: она постоянно воспроизводит саму себя.
Похожую идею развивает и, например, Виленкин, обходясь, впрочем, без почетной приставки "мульти". По его мнению, процесс инфляции прекратился лишь в отдельных областях Вселенной, — например, в видимой нами части мироздания. Эти области — вселенские островки — разделены участками космоса, которые все еще переживают инфляцию, то есть уносятся от нас со сверхсветовой скоростью. Сколько бы ни глядели мы с нашего "островка" в сторону других, нам ничего не заметить — они улетают от нас быстрее, чем мчатся лучи света.
Еще в одном сценарии, — его предложил опять же Александр Виленкин, — плотность энергии вакуума может порой спонтанно меняться так, что это приводит к рождению "дочерней вселенной" и новой стадии космической инфляции. Вселенные разлетаются по Мультиуниверсуму, как мыльные пузыри, выдутые ребенком. "Каждый такой пузырь экспоненциально расширяется, превращаясь в новую вселенную, — говорит Виленкин. — Каждый может порождать новые "инфляционные пузыри"; те, в свою очередь, порождают новые, и так продолжается до бесконечности". Вселенные нескончаемо множатся и обновляются. Виленкин назвал этот процесс "рециклингом вселенных".
Когда-то и наша Вселенная — это стремительно проросшее семя — отпочковалась от родительского "мирового древа". Так что Большой Взрыв — это не "начало начал", а лишь шаг из бесконечного Прошлого (До-Времени) в бесконечное Будущее (После-Времени), и таких шагов будет сделано еще множество.
От этих мирозданий никуда не деться — как от песчинок под ногами. Одни рождаются из стабильных квантовых флуктуации. Другие — из квантового вакуума. Третьи — благодаря петле времени — сами порождают себя. Четвертые... Что ни теория в современной физике, то прямо-таки прикладное орудие престидижитатора, готового одним движением руки, демонстрируя верный научный фокус, вытащить "за ушки" из формул новую, боязливо трепещущую вселенную.
Вот и, согласно популярной у физиков теории струн (см. "3-С", №3/2003), число вселенных тоже чуть ли не бесконечно велико. По мнению Леонарда Зускинда из Стэнфордского университета, эта цифра лежит в пределах от 10100 до 101500 степени — все эти миры родились во время космической инфляции. Они напоминают пену брызг, что разлетелась от прыснувшего под большим напором потока воды.
В теории струн априори предполагается, что мироздание насчитывает десяток размерностей. Так что некоторые из загадочных, недостижимых миров таятся от нас в считанных долях миллиметра — они свернуты в других размерностях пространства. Эти размерности, возможно, повлияли даже на видимый нами мир. Что если сила гравитации так слаба потому, что рассеивается в дополнительных размерностях? Мы сами вряд ли можем заглянуть туда. Вся надежда ученых на Большой адронный кол-лайдер, который будет введен в строй в 2007 году в Европейском центре ядерных исследований (CERN) в Женеве. Возможно, нам удастся все-таки заметить следы определенных частиц, которые скрываются в этих дополнительных размерностях.
Согласно другой разновидности космологии струн, существует вселенная, которая параллельна нашей в геометрическом смысле этого слова. Вот как это выглядит.
Есть пятимерное пространство-время, которое ограничено двумя четырехмерными вселенными — подобно тому, как объем куба, например, ограничен плоскими поверхностями. Эта структура обладает определенной динамикой: обе четырехмерные вселенные то сходятся, то расходятся, то соударяются, словно кто-то незримый хлопает в них как в ладоши. Их столкновение — это очередной Большой Взрыв.
Все, что не запрещено...
Итак, когда ученые говорят о других вселенных или Мультивселенной, они чаще всего говорят о самых разных предметах: об отдаленных областях мироздания, между которыми пролегли "сверхсветовые" — инфляционные — пропасти, о череде миров, что еще отпочкуются от нашей Вселенной, о гранях N-мерного мироздания, одну из которых образует знакомый нам космос.
Компьютерная модель космической инфляции, созданная по расчетам Андрея Линде. Холмы соответствуют отдельным вселенным, горные вершины — инфляционным областям (изображение: журнал "Знание - сила")
Критики считают М-гипотезу спекулятивной, экстравагантной. Ее нельзя по-настоящему ни обосновать, ни доказать. Другие вселенные недоступны для наблюдения; мы не можем их увидеть воочию, как не видим день вчерашний или завтрашний. Так можно ли, опираясь на известные нам физические законы или факты, описать то, что лежит за горизонтом мироздания? Было бы самонадеянно утверждать, что "луны нет, пока ее никто не видит" — что других миров нет, раз их не увидать. Стоит ли отвергать эту "умозрительную фантазию", если любая попытка описать то, что лежит за пределами нашего мира, по-своему фантастична?
Нам приходится иметь дело лишь с теоретическим основанием, на котором не возвести ничего, имеющего практическую ценность. Что же до экстравагантности, то квантовая теория, на взгляд стороннего наблюдателя, не менее фантастична, чем разговор о нескончаемом множестве миров.
Постепенно в физике утвердился принцип: "Все, что не запрещено, неизбежно сбудется". В таком случае право следующего хода передается оппонентам. Это им надлежит доказывать невозможность той или иной гипотезы, а дело энтузиастов — их предлагать. Так что доля критиков убеждать, что ни одна из 101500 степени (и даже больше!) вселенных не имеет права на существование ни на одном парсеке n-мерности. И если бы они справились с доказательством, это было бы весьма странно. "Если бы существовала всего одна наша Вселенная, — пишет британский космолог Деннис Уильям Скьяма, — то трудно было бы объяснить, почему нет места множеству других вселенных, в то время как одна эта все же имеется в наличии".
С воцарением идеи "множественности вселенных" коперникианская революция, начавшаяся пять веков назад, подходит к своему логическому завершению. "Сперва люди верили, что Земля находится в центре Вселенной, — пишет Александр Виленкин. — Потом стало ясно, что Земля занимает примерно то же самое место, что и другие планеты. Трудно было смириться с тем, что мы не уникальны".
В начале Земля была изгнана из центра мироздания, затем наша Галактика оказалась одним из небольших островков в космосе, а теперь и космос размножился, как песчинка в бесконечной анфиладе зеркал. Горизонты мироздания расширились — во все стороны, во все измерения! Бесконечность стала естественной реальностью в физике, непреложным свойством мира.
Приказано долететь (инструкция по применению)
Итак, где-то вдали, "уже за шеломянемъ еси", скрываются другие вселенные. Но можно ли добраться до них? Пожалуй, в научной фантастике пришла пора сменить "машины времени", которые уже успели вдоволь полетать по мирам Прошлого и Будущего, на "машины пространства", которые помчатся сквозь наши звездные миры в неведомую даль запредельной геометрии. А что думают об этом ученые?
В минувшем году Американский институт аэронавтики и астронавтики удостоил награды в категории "полет будущего" австрийского физика Вальтера Дрешера и его немецкого коллегу Йохима Хойзера. Если предложенные ими идеи верны, то до Луны можно добраться за несколько минут, до Марса — за два с половиной часа, ну а 80 дней хватит не только, чтобы обогнуть нашу планету, но и перенестись к звезде, лежащей в десятке световых лет от нас. Подобного рода предложения просто не могут не появляться — иначе космонавтика зайдет в тупик. Другого выбора нет: либо мы полетим когда-нибудь к звездам, либо космические плавания — дело совершенно глупое и бессмысленное, как, например, попытка обойти земной шар, прыгая на одной ноге.
На чем же основана идея Дрешера и Хойзера? Полвека назад немецкий ученый Буркхард Хайм попробовал примирить две важнейшие теории современной физики: квантовую механику и общую теорию относительности.
В свое время Эйнштейн показал, что пространство в окрестности планет или звезд сильно искривлено, а время течет медленнее, чем вдали от них. Это трудно проверить, но легко пояснить с помощью метафор. Пространство можно уподобить туго натянутому полотнищу из резины. Если на это полотно бросить металлический шар, оно провиснет. Вокруг шара образуется впадинка. Куда бы шар ни катился, эта впадинка перемещается вместе с ним. Итак, космос — это огромное резиновое полотно, а небесные тела — это россыпь металлических шариков, монотонно кружащих по нему. Чем массивнее шарик, тем глубже впадина под ним. Этот пример помогает объяснить любые гравитационные феномены. Гравитация, говорил Эйнштейн, это пространственная геометрия, видимое искажение пространства-времени.
Хайм довел его идею до логического завершения, предположив, что и другие фундаментальные взаимодействия тоже порождены особенностями пространства, в котором мы живем, — а живем мы, согласно Хайму, в шестимерном пространстве (включая время).
Его последователи, Дрешер и Хойзер, довели число размерностей нашего мироздания до восьми и даже описали, как можно проникнуть за грань привычных для нас измерений (вот он, "полет будущего"!).
Их модель "машины пространства" такова: вращающееся кольцо и мощнейшее магнитное поле определенной конфигурации. По мере того, как скорость вращения кольца нарастает, расположенный здесь звездолет словно бы растворяется в воздухе, становится невидим (те, кто видел фильм "Контакт" по роману Карла Сагана, хорошо помнят сцену, когда сферический корабль, бешено вращаясь на месте, исчезал за завесой тумана — переносился в "туннель-червоточину"). Вот и звездолет Дрешера и Хойзера тоже ускользал в другое измерение, где, по гипотезе ученых, природные константы, в том числе скорость света, могут принимать совсем иное значение, — например, гораздо большее. Промчавшись по чужому измерению — по "параллельной Вселенной" — со сверхсветовой (по-нашему) скоростью, корабль мигом объявлялся у цели, будь то Луна, Марс или звезда.
Авторы работы честно пишут, что "данный проект содержит недостатки" и "математически небезупречен", в частности, не совсем понятно, как корабль проникает в параллельную вселенную и тем более выбирается из нее. Современная техника на это не способна. И вообще предложенную теорию, сказано в комментарии обозревателя журнала "New Scientist", трудно увязать с современной физикой, однако, она, быть может, является весьма перспективным направлением.
Что если наши единомышленники в одном из параллельных миров думают так же и, может, даже стараются проникнуть к нам? Кто там слева по курсу "восьмое измерение — зюйд-зюйд-вест"?
Источник: "Знание - Сила"
Отзывы на данную статью находятся по адресу: www.inauka.ru/analysis/article74994/forum.html