Наша математическая вселенная. В поисках фундаментальной природы реальности

Один из самых красивых аспектов теории инфляции состоит в том, что она связывает самые малые и самые большие масштабы: на ранних стадиях инфляции область пространства, которая ныне содержит Млечный Путь, была гораздо меньше атома, так что квантовые эффекты могли иметь существенное значение. И это было так: принцип неопределенности Гейзенберга в квантовой механике не позволяет никакой субстанции, в том числе инфлирующей материи, быть совершенно однородной. Если вы попытаетесь сделать ее однородной, квантовые эффекты вынудят ее волноваться, и однородность будет нарушена. Когда инфляция растягивает субатомную область до размеров всей наблюдаемой Вселенной, флуктуации плотности, которые впечатала в нее квантовая механика, также растягиваются до размеров галактик и более. Обо всем остальном позаботилась гравитационная неустойчивость, усилившая флуктуации с ничтожного уровня 0,002 %, обеспеченного квантовыми флуктуациями, до величественных галактик, их скоплений и сверхскоплений, украшающих теперь ночное небо.

Перемотка. Повторное воспроизведение. В процессе постепенного сжатия газового облака любое, даже самое слабое его вращение ускоряется, как это происходит с фигуристкой, которая начинает крутиться быстрее, когда прижимает руки к телу. Центробежные силы, вызванные ускоряющимся вращением, мешают гравитации сжать газовое облако в точку. Вместо этого она придает ему форму, напоминающую пиццу – так пекарь по соседству с моей начальной школой раскручивал тесто для пиццы, чтобы придать ему форму диска. Основные ингредиенты всех космических «пицц» – водород и гелий, но если среди них также находится место более тяжелым атомам вроде углерода, кислорода и кремния, то пока в центре газовой «пиццы» формируется звезда, ее внешние части могут скомкаться в несколько холодных объектов – планет. Они станут видны, как только новорожденная звезда сдует остатки «теста». Поскольку все вращение (угловой момент) связано с вращением исходного облака, все планеты Солнечной системы обращаются вокруг Солнца в одном направлении (против часовой стрелки, если смотреть со стороны Северного полюса), и в том же направлении примерно за месяц поворачивается вокруг своей оси само Солнце. Это объяснение происхождения Солнечной системы поддерживается сегодня не только теоретическими расчетами, но и телескопическими наблюдениями множества других планетных систем, «пойманных с поличным» на различных стадиях процесса рождения.

Внезапно все элементы головоломки встали на свои места. Ньютон, применяя закон тяготения вкупе с математическими законами движения, которые он сформулировал ранее, смог объяснить движение не только Луны, но и планет вокруг Солнца. Он даже сумел математически доказать, что в общем случае орбиты являются эллипсами, а не окружностями. Кеплер считал это обстоятельство необъяснимым. Как и большинство великих прорывов в физике, законы Ньютона дали ответ на гораздо большее число вопросов, чем те, которые привели к их открытию. Например, они объяснили приливы: гравитационное притяжение Луны и Солнца сильнее действует на морские воды, которые ближе к ним, заставляя воду плескаться по мере вращения Земли. Законы Ньютона также показывают, что общее количество энергии сохраняется, так что если где-нибудь появилась энергия, она не могла появиться из ниоткуда, а должна была поступить откуда-нибудь.

Поскольку общая теория относительности (ОТО) Эйнштейна успешно предсказала многие наблюдаемые явления (например характер движения Меркурия вокруг Солнца, искривление света под влиянием гравитации и гравитационное замедление часов), мы считаем её успешной научной теорией и всерьёз принимаем такие её предсказания, которые касаются вещей, коих мы наблюдать не можем, например пространства, продолжающегося внутри чёрной дыры под её горизонтом событий,[21] а также того, что (в противоположность ранним недоразумениям) на самом горизонте ничего необычного не происходит. Аналогично, успешные предсказания теории инфляции, описанные в двух предыдущих главах, делают её научной теорией, а значит можно воспринимать всерьёз и другие её предсказания: проверяемые (например относительно того, что будет измерено в будущих экспериментах по исследованию космического микроволнового фона) и кажущиеся непроверяемыми, вроде существования параллельных вселенных. Последние три примера в таблице выше относятся к теориям, которые я разберу ниже, и предсказывают дополнительные типы параллельных вселенных.
Ещё одна важная особенность физических теорий состоит в том, что если вам нравится одна из них, придётся «покупать» её в полной комплектации. Нельзя сказать: «Мне нравится, как ОТО объясняет орбиту Меркурия, но я не люблю чёрные дыры, так что хочу обойтись без них». Вы не можете «купить» ОТО без чёрных дыр, в отличие от кофе без кофеина. ОТО — это жёсткая математическая конструкция, которая не допускает точных настроек; вам придётся либо принять все её предсказания, либо с нуля изобрести другую математическую теорию, которая согласуется со всеми успешными предсказаниями ОТО и одновременно предсказывает, что чёрных дыр не существует. Это оказывается чрезвычайно сложным делом, и до сих пор подобные попытки оканчивались ничем.
Так вот, и параллельные вселенные — не аксессуар к теории вечной инфляции. Они часть пакета, и если они вам не нравятся, придётся найти другую математическую теорию, которая решит проблему взрыва, проблему горизонта, проблему плоской геометрии, а также сгенерирует первичные космологические флуктуации, но при этом не будет предсказывать параллельных вселенных. Это оказалась крайне сложно. Вот почему всё больше моих коллег, часто нехотя, начинают всерьёз воспринимать параллельные вселенные.

В то время как многие частицы внутри вас находятся в постоянном сложном движении, отвечающем за жизнедеятельность, движения других гораздо проще, в их числе, например, те, которые составляют кожу, не позволяющую остальным частицам разлететься. Это значит, что ваша пространственно-временная трубка чем-то похожа на электрические кабели, внутри которых жилы переплетены, а снаружи укрыты изоляцией в виде полой трубки. Более того, многие из ваших частиц регулярно заменяются. Например, около 3/4 веса вашего тела приходится на молекулы воды, которые заменяются примерно каждый месяц, а клетки кожи и эритроциты заменяются каждые несколько месяцев. В пространстве-времени траектории частиц, присоединяясь, а затем покидая ваше тело, создают паттерн, напоминающий волосатый початок кукурузы.