Top

Путешествие в параллельные вселенные

 

 «Нельзя поверить в невозможное!» – сказала Алиса.

«Просто у тебя мало опыта, — заметила Королева. – В твоем возрасте я уделяла этому полчаса каждый день! В иные дни я успевала поверить в десяток невозможностей до завтрака!»

В семидесятых годах девятнадцатого века английский каноник и профессор математики Оксфордского университета Чарльз Лютвидж Доджсон написал две сказки про девочку Алису и опубликовал их под псевдонимом Льюис Кэрролл.

Эти детские книги вот уже без малого полторы сотни лет являются объектом серьезного исследования математиков, физиков, теологов, лингвистов и литературоведов. Ученые находят в сказках Кэрролла намеки на теорию эволюции, теорию вероятностей,  теорию речевых актов – одно из направлений исследований в области лингвистики и философской логики, на парламентские прения в Великобритании и сложную шахматную задачу.

Если бы знаменитые книги Кэрролла были написаны в двадцатом веке, можно было бы сказать, что рассуждения персонажей сказки о времени и пространстве – это намек на теорию относительности. А путешествия Алисы в иную реальность через кротовую нору и сквозь зеркало — это иллюстрация гипотезы о существовании параллельных вселенных.

 

Из цикла «Жизнь замечательных идей»

 

Попасть в параллельную вселенную очень просто. Можно провалиться в кроличью нору или пройти сквозь зеркало. Ещё можно найти подходящую зеленую дверь в белой стене или старый платяной шкаф.

Но что ждет нас там? Волшебная страна, населенная сказочными существами, или иная версия нашей собственной реальности? Цветущий сад или котельная с элементами пыточной?

Писатели и художники обычно обустраивают иные миры, используя вполне земные атрибуты. Ученые опираются на научные данные и математические расчеты. И альтернативные миры, предсказанные научными теориями, порой оказываются более фантастичными, чем выдуманные сочинителями-профессионалами.

 

Люди испокон веков верили в существование иных миров. Высших и низших. Подземных, небесных, промежуточных. Обитателями этих параллельных миров, в основном, были небожители и души умерших.

Многочисленные древнегреческие боги во главе с громовержцем Зевсом жили на горе Олимп, но в иной реальности, где не бывало ни дождя, ни снега, где царило вечное лето.

Древние скандинавы придумали свой параллельный мир – Вальхаллу, небесный чертог для доблестных воинов павших в бою. Это был гигантский зал с крышей из позолоченных щитов. Попасть в него из нашего мира можно было через 540 дверей.

Большинство мифологий и религий обходятся всего лишь тремя измерениями: земной мир, подземный и небесный. В подземном мире живут злые духи, нечистая сила, души грешников. Небесный мир — для богов и душ праведников.

Древние тольтеки утверждали, что существует семь параллельных миров. Все они похожи на наш, доступны нашему восприятию и располагаются, как слои в луковице.

А сколько параллельных вселенных придумали писатели-фантасты, художники и сценаристы – вообще не счесть.

Но существуют ли иные миры на самом деле?

Сегодня концепцию параллельных вселенных без тени насмешки обсуждают философы, физики-теоретики, математики, космологи, астрофизики.

       

Владимир Сурдин, астрофизик:

«Дело в том, что наша вселенная в момент своего рождения, в самый первый момент своего рождения практически была микромиром. Её размер был безумно мал. И тогда все свойства, которые мы сегодня элементарным частицами приписываем, они были вообще свойствами вселенной. И вот одно из них могло породить неоднородности пространства-времени, которое сегодня раздулось до невероятных размеров – это вся наша вселенная. И в этой огромной вселенной могли родиться или, точнее говоря, остаться от той далекой эпохи – рождения вселенной некоторые особенности пространства и времени».

В научной литературе, как и в художественной, обсуждаются, в основном, три типа параллельных вселенных: гиперпространство, квантовые альтернативные вселенные и мультивселенная.

Гиперпространство

Первым из ученых, заявивших о вероятности существования иных измерений, был немецкий математик Теодор Калуца. Весной 1919 года, работая над созданием единой теории поля, Калуца обнаружил удивительную вещь: если добавить к нашим привычным четырем измерениям пятое, то появляется возможность осуществить заветную мечту всех физиков и математиков – объединить общую теорию относительности и теорию электромагнетизма.

Справка: Общая теория относительности описывает, как устроена наша Вселенная и по каким законам живут гигантские объекты нашего материального мира: планеты, звезды, галактики.

Теория электромагнетизма описывает, по каким законам взаимодействуют между собой электрически заряженные частицы, например, элементарные частицы атома ─ протоны, электроны.

Обе эти теории вобрали в себя все фундаментальные физические знания о Вселенной начала ХХ века. Но у них различные математические подходы, физические принципы и даже области применения.

 В конце апреля 1919 года Теодор Калуца отправил Эйнштейну свою статью, где была высказана гипотеза о том, что наш мир представляет собой искривленное пятимерное пространство-время, где одна из координат является временной, а четыре – пространственными.

 «…Если удастся показать, что за предполагаемыми взаимосвязями стоит нечто большее, нежели пустой формализм, то это будет новым триумфом общей теории относительности Эйнштейна, о логическом применении которой к случаю пятимерного мира здесь шла речь».

Из статьи Теодора Калуцы «К проблеме объединения физики»

 Пятое измерение Калуцы позволяло элегантно, просто и без всяких усилий «впихнуть» две фундаментальные теории в одну. Эйнштейн был потрясен. И тут же написал ответ:

 «На первый взгляд ваша идея нравится мне необычайно… Формальное единство вашей теории поразительно».

              Из письма Эйнштейна Калуце от 21 апреля 1919 года.

Но уже через неделю Эйнштейн отправил Калуце более сдержанное письмо, попросив отложить публикацию статьи:

 

«Я не вижу ничего, что позволило бы отрицать такую возможность. С другой стороны, я должен признать, что приведённые аргументы не выглядят достаточно убедительными».

 

Одобрение Эйнштейна Калуца получил только спустя два года, в октябре 1921-го:

 

«Я ещё раз обдумал совет воздержаться от публикации вашей идеи об объединении гравитации и электромагнетизма, который я дал вам два года назад… Если вы хотите, я бы мог представить вашу статью в академии…»

 

При поддержке Эйнштейна работа Калуцы «К проблеме объединения физики»  была опубликована Прусской академией наук.

Коллеги оценили математическую красоту пятого измерения, но посчитали, что все это лишено физического смысла и отправили теорию Калуцы на пыльную полку. Где она пролежала в забвении больше полувека.

 

Первые вылазки в «пятое измерение» художников и писателей начались в конце 19 века, после того, как молодой немецкий математик Георг Бернхард Риман – ученик великого Гаусса – опубликовал основы математики высших криволинейных измерений. Геометрия Римана, в отличие от плоской евклидовой, рассматривала пространство, как поверхность сферы.

Портреты женщин кисти Пикассо – это как раз та самая попытка четырехмерной перспективы, когда одновременно видны и лицо, и затылок.

Крест на картине «Распятие» Дали – это развертка четырехмерного куба. А его знаменитые растекшиеся и оплавившиеся часы – это искривление времени в пятимерном пространстве.

Писатели от художников не отставали. Оскар Уайльд поселил в пятое измерение Кентервильское привидение. А Герберт Уэллс спрятал там человека-невидимку.

 

— Взгляни-ка на дорогу! — сказал Король. – Кого ты там видишь?

— Никого, — сказала Алиса.

— Мне бы такое зрение! – заметил Король с завистью. – Увидеть Никого! Да еще на таком расстояния! А я против солнца и настоящих-то людей с трудом различаю!

 

Квантовые альтернативные вселенные

Однажды ноябрьским вечером 1954 года двадцатичетырехлетний аспирант Принстонского университета Хью Эверетт устроил вечеринку для своих друзей. Молодые люди в тот вечер пили херес, обсуждали нелепости в выводах квантовой механики и парадоксы квантовой физики. В частности – «кота Шрёдингера».

Справка: «Кот Шрёдингера» — один из самых знаменитых парадоксов квантовой физики. Этот мысленный эксперимент был предложен в 1935-м году австрийским физиком-теоретиком и одним из создателей квантовой механики Эрвином Шрёдингером.

Владимир Сурдин, астрофизик:

«Парадокс строился так. Берём коробку, запираем в ней кота, и в ней же размещаем ампулу с какой-нибудь отравой. Синильную кислоту, например. И маленький молоточек, который эту ампулку должен разбить. Там же размещаем маленький радиоактивный аппарат. И вот как только атом радиоактивного вещества распадётся — срабатывает молоточек, разбивает ампулу с синильной кислотой, и кот моментально погибает. Ну, закрыли коробку и вот сидим и думаем. А вот сейчас кот жив или мёртв.

…Любая физическая система описывается квантово-механическими уравнениями. И есть так называемая волновая функция, которая отвечает за состояние системы. Так вот она как бы раздваивается. В один и тот же момент эта функция описывает и живого кота, и мёртвого кота одновременно.

С точки зрения, так сказать, нормального человека, это парадокс – потому что живое существо может быть либо живым, либо мёртвым, если его убили. А с точки зрения физики – это никакой не парадокс, это нормальное состояние любой физической системы быть одновременно в нескольких состояниях».

Хью Эверетт предложил вариант решения проблемы злосчастного кота. (Кстати, в оригинале статьи Шрёдингера фигурировала кошка – die Katze). Когда наблюдатель открывает ящик, возникает его совместная история с котом. И в этой истории кот будет либо жив, либо мертв. Но поскольку с точки зрения физики кот находится в двух состояниях одновременно, то в момент открытия ящика вселенная разветвляется, и возникают две совместные истории. В одной наблюдатель будет смотреть на живого кота, в другой – на мертвого.

Так родилась квантовая теория параллельных миров Эверетта. Суть ее состояла в следующем: наша вселенная каждое мгновение расщепляется на множество альтернативных вселенных. Каждая из развилок предлагает свой вариант событий. А мы существуем во всех этих вселенных параллельно и независимо друг от друга.

В одной из этих вселенных вы сейчас смотрите наш фильм, лежа на диване в обнимку с котом. В другой – выключили телевизор и отправились гулять с собакой.

Самым главным в теории Эверетта было то, что существование множества альтернативных миров было математически выведено из уравнений квантовой механики, а не подавалось, как возможное допущение.

В 1957 году Хью Эверетт защитил докторскую диссертацию, которая называлась «Об основаниях квантовой мехники». Его научный руководитель знаменитый физик-теоретик Джон Уиллер в последний момент осторожно убрал из текста диссертации сообщение о расщеплении и ветвлении миров. Но сразу же после защиты Эверетт опубликовал свою работу без купюр. Однако его концепция многомировой интерпретации квантовой механики не произвела никакого впечатления на мир физиков. Она казалась слишком сумасшедшей для того, чтобы быть верной.  Хотя доказать ее ошибочность так никому и не удалось.

 

Прекрасная иллюстрация идеи ветвления времени – рассказ аргентинского писателя Хорхе Луиса Борхеса «Сад расходящихся тропок».

«В отличие от Ньютона и Шопенгауэра ваш предок не верил в единое, абсолютное время. Он верил в бесчисленность временных рядов, в растущую, головокружительную сеть расходящихся, сходящихся и параллельных времён. И эта канва времён, которые сближаются, ветвятся, перекрещиваются или век за веком так и не соприкасаются, заключает в себе все мыслимые возможности…»

Борхес опубликовал свой рассказ про ветвящееся время в 1944 году, за десять лет до того знаменательного вечера, когда молодой принстонский аспирант Хью Эверетт придумал свою расщепляющуюся вселенную.

 

— Я просто хотела взглянуть на сад, Ваше Величество, — сказала Алиса.

— Разве это сад? — сказала Королева – Видала я такие сады, рядом с которым этот – просто заброшенный пустырь!

Алиса не осмелилась ей перечить и продолжала:

— А еще я хотела подняться на вершину холма…

— Разве это холм? – перебила ее Королева. – Видала я такие холмы, рядом с которыми этот – просто равнина!

— Ну, нет! – сказала вдруг Алиса и сама удивилась, как это она решается возражать Королеве. – Холм никак не может быть равниной. Это уж совсем чепуха!

— Разве это чепуха? – сказала Королева и затрясла головой. – Слыхала я такую чепуху, рядом с которой эта разумна, как толковый словарь!

 Мультивселенная

Следующее случайное открытие учеными множества параллельных вселенных произошло в шестидесятые годы, когда  появилась теория струн.

У этой теории нет одного определенного автора. В ее разработке участвовали сотни ученых из разных стран.

Главными струнными теоретиками считаются американцы Джон Шварц, Леонард Сасскинд и Брайан Грин, японцы Тамиаки Йонея, Ёитиро Намбу и Митио Каку, итальянец Габриэле Венециано, француз Жоэль Шерк, англичанин Мартин Рис, российские ученые Александр Поляков и Рената Калош.

 Владимир Сурдин, астрофизик:

«Физики очень увлекаются струнами. Они ими всегда увлекались, потому что физики часто играют на гитарах и поют песни. Может быть, именно поэтому идея о струнах пришла в голову сразу многим физикам для того, чтобы объяснить вещи, которые раньше не поддавались объяснению. Например, как устроены элементарные частицы. Какие у них  электрические заряды, какие массы, почему одна превращается в другую? Хотелось бы красиво из какого-то самого общего принципа объяснить всё разнообразие элементарных частиц. Собственно – это заветная мечта физиков. Создать простую теорию, которая бы объясняла всё».

 Сегодня масса наблюдаемой части вселенной составляет десять в пятидесятой степени тонн. На строительство всех своих объектов – от гигантских звезд до россыпей космической пыли – Вселенная потратила примерно десять в девяностой степени элементарных частиц.

А в момент рождения вселенная, согласно концепции Большого взрыва, была крохотной точкой с нулевым радиусом, где вряд ли уместилось бы больше десятка субатомных частиц. Откуда взялись все остальные?

Теория струн позволяет в принципе объяснить все это наличие и разнообразие элементарных частиц.

Владимир Сурдин, астрофизик:  

И вот идея струны сегодня кажется в этом смысле плодотворной. Дело в том, что когда мы играем на гитаре и щиплем струны, мы сообщаем им энергию, а энергия, как любой школьник знает – это масса. Сообщая любому объекту дополнительную энергию, мы увеличиваем его массу. Так вот, когда мы берём аккорд на гитаре, мы увеличиваем массу струн.  Они начинают колебаться. Мы сообщаем им дополнительное движение. То есть, кинетическую энергию, мы сообщаем им натяжение, когда щиплем струну. И таким образом энергия струны увеличивается. Значит и масса. Ага. Если взять маленькую премаленькую струну, лучше всего свернутую в колечко, чтобы вообще не заметно её концов, и как следует заставить вибрировать, то это будет нечто, похожее на элементарную частицу. Она будет маленькая и у неё будет масса. А если брать всё более и более сложные аккорды на этой струне, то мы получим целый набор элементарных частиц. С их массами, с их энергиями».

 Теория струн описывает элементарные частицы, из которых состоит атом, как волны или вибрацию на струнах. Струна может вибрировать на разные лады и с разной частотой. Отсюда и разнообразие субатомных частиц.

В первые мгновения после своего рождения вселенная начала расширяться и растягиваться. Ультрамикроскопические волокна растягивались вместе с ней, превращались в гигантские космические струны. И сегодня их длина соизмерима с размерами вселенной.

К началу девяностых годов в мире физики параллельно существовало, как минимум, пять вариантов теории струн. Все они полагали, что гигантские космические струны, сохраняя свойства ультратонких микроскопических волокон субатомных частиц, продолжают колебаться и вибрировать в пространстве определенной размерности. А именно — в десятимерном. Из этих десяти измерений четыре находятся в нашем распоряжении – одно временное и три пространственных. Остальные шесть измерений схлопнуты или свернуты, как и предполагал Теодор Калуца.

Шесть лишних измерений могли свернуться или сжаться самыми разными способами. Из великого множества этих вариантов самыми фантастическими по топологии и совершенно невероятными с точки зрения привычной нам геометрии являются пространства Калаби-Яу, созданные двумя американскими математиками Эудженио Каалаби и Яу Шинтаном. Аналогов этих феерических миров нет ни в живописи, ни в литературе. Потому что художники или писатели, представляя себе некое пространство, все равно воображают объекты материального мира. А математики способны построить пространство из чего угодно. Даже из одних дыр.

В 1994 году несколько ученых одновременно обнаружили, что если добавить к десяти измерениям одиннадцатое, то все пять основных версий теории струн сольются в одну!

Эта единая теория получила название теории суперструн. И сегодня она является самым надежным кандидатом на заветную мечту физиков — «теорию всего».

Игра на космических струнах имела побочный эффект. Каждый аккорд порождал параллельную вселенную. Теория суперструн предсказывает существование практически бесконечного множества вселенных. Триллиона или даже гугола. А гугол – это единица со ста нулями. Откуда все эти миры взялись?

Согласно теории Большого взрыва, вселенная сразу же после рождения начала расширяться и раздуваться, пока не превратилась в огромный пузырь. Мы живем на поверхности этого гигантского пузыря и не видим ни его полюсов, ни обратной стороны. Поэтому пространство кажется нам плоским, однородным. Во все стороны, куда ни глянь, одинаковым. И, конечно же, четырехмерным.

Эта гипотеза равномерно расширяющейся вселенной на законных основаниях просуществовала в физике до восьмидесятых годов прошлого столетия. А потом возникла так называемая новая инфляционная теория. Ее предложил Андрей Линде — в то время сотрудник Физического института имени Лебедева Академии наук, а ныне профессор Стэнфордского университета. По его мнению, вселенная расширялась хаотически. Скачками. Растягивалась и тормозила. Затем вновь растягивалась и вновь останавливалась. В месте каждого такого торможения получалась складка – квантовая флуктуация. После короткой передышки горячая Вселенная летела дальше. А складки застывали и замерзали. Вселенная продолжала растягиваться и растащила эти складки на большое расстояние.

Владимир Сурдин, астрофизик:

Как эти особенности представить себе. Иногда физики называют это — складки пространства-времени. В этом смысле они легко представимы. Когда мы гладим какую-нибудь простыню или ещё лучше – рубашку мужскую, то очень трудно разгладить её идеально плоско. И всегда какие-то меленькие складочки на ней остаются. Вот нечто подобное этим складочкам остается в ткани пространства-времени с тех самых далёких моментов, когда только рождалась вселенная, и они могли дожить до нашего времени».

В конце концов, вселенная поделилась на огромное количество невзаимодействующих между собой частей. В одной из таких частей или складок живем мы.

Владимир Сурдин, астрофизик:

«Всё, что нас окружает, описывается физическими законами, и в них присутствуют некоторые величины, которые мы называем константы физические, постоянные величины, которые как нам кажется, во всех уголках Вселенной имеют одинаковое значение.

Вообще говоря, они могли бы быть и другими. А вот вопрос: могли бы? И когда мы задумались над этим, оказалось, что даже маленькое изменение любой из этих констант: заряда электрона или массы электрона или массы протона или гравитационной постоянной, которая взаимодействие тел  описывает, даже  малейшее изменение, на долю процента, привело бы к полному изменению окружающего нас мира. Звезды или не горели бы вообще и не согревали нашу планету, или напротив, сгорали бы так быстро, что на Земле не было бы времени для эволюции, для  происхождения разумного существа, которое задает эти вопросы».

 Означает ли это, что наш мир – уникален, и создан специально для нас? С учетом наших потребностей и возможностей, где все отсортировано и откалибровано так, чтобы мы могли ходить по земле, дышать воздухом, днем греться под солнцем или писать научные трактаты, а ночью любоваться звездами или сочинять любовные сонеты?

Можно, конечно, представить себе и то, что весь этот заботливо созданный для нас мир – всего лишь питательный агар-агар, которым заполнена гигантская чашка Петри. Но это был бы очень грустный сценарий.

 На вопрос создан ли этот мир специально для нас или мы появились в той складке пространства-времени, где были благоприятные условия для развития жизни, есть несколько вариантов ответов.

Владимир Сурдин, астрофизик:

«Самый тривиальный из них, что некое Верховное существо, заранее задумало, как должна быть устроена природа, чтобы в ней, в конце концов, осуществилось рождение, эволюция человека. Эта точка зрения по-своему интересна, но современного  физика она не удовлетворяет.

Другой подход говорит нам следующее: он говорит, что значения физических констант случайны. Они могли быть какие угодно и в нашей Вселенной реализовались именно такие, какие позволили родиться Галактикам, звездам, планетам и, в конце концов, биологическому виду, более того — разумному виду».

 Этот научный подход получил название «антропный принцип». Его разделяет большинство ученых. Естественно, тех, кто верит в возможность существования параллельных вселенных. И это не просто слепая вера, а предположение, основанное на научных результатах. Оно не противоречит законам физики.

К сожалению, даже если нам когда-нибудь удастся обнаружить параллельные вселенные, заглянуть в них не получится. Иная физика не позволит.

— У нас, — сказала Алиса, с трудом переводя дух, — когда долго бежишь со всех ног, непременно попадешь в другое место.

— Какая медлительная страна! – сказала Королева. – Ну, а здесь, знаешь ли, приходится бежать со всех ног, чтобы только остаться на том же месте! Если же хочешь попасть в другое место, тогда нужно бежать по меньшей мере вдвое быстрее!

Путешествие в параллельные вселенные невозможно. Поэтому нам придется и впредь полагаться только на фантазию писателей, художников, теологов, математиков и физиков-теоретиков. Благо, выбор велик, можно подобрать альтернативный мир на любой вкус.

Нарния, страна Оз, пространства Калаби-Яу, Шамбала и Беловодье, пятое измерение Калуцы, миры Эверетта и Линде, Зазеркалье…