Пять возрастов Вселенной - Фред Адамс

Вечная сложность

Это кажущееся совпадение (что Вселенная имеет как раз те особые свойства, которые позволяют зарождение и эволюцию жизни) кажется куда менее чудесным, если принять, что наша Вселенная — область пространства-времени, с которой мы связаны, — это всего лишь одна из бесчисленного множества других вселенных. Другими словами, наша Вселенная — это лишь малая часть мультиверса — огромного ансамбля вселенных, каждая из которых имеет свои собственные варианты законов физики. В этом случае полная совокупность вселенных реализовала бы все многочисленные возможные варианты законов физики. Жизнь, однако, разовьется только в тех частных вселенных, которые имеют нужный вариант физических законов. Тогда тот факт, что нам случилось жить во Вселенной с нужными для жизни свойствами, становится очевидным.

Проясним разницу между «другими вселенными» и «другими частями» нашей Вселенной. Крупномасштабная геометрия пространства-времени может быть очень сложной. В настоящее время мы живем в однородном кусочке Вселенной, диаметральный размер которого составляет около двадцати миллиардов световых лет. Эта область представляет собой часть пространства, которое может оказывать на нас причинное воздействие в данное время. По мере продвижения Вселенной в будущее область пространства-времени, способная на нас повлиять, будет увеличиваться. В этом смысле по мере старения наша Вселенная будет содержать больше пространства-времени. Однако могут существовать и другие области пространства-времени, которые никогда не окажутся в причинной связи с нашей частью Вселенной, сколь бы долго мы ни ждали и какой бы старой ни стала наша Вселенная. Эти другие области растут и эволюционируют совершенно независимо от физических событий, которые происходят в нашей Вселенной. Такие области принадлежат к другим вселенным.

Как только мы допускаем возможность существования других вселенных, тот набор совпадений, который имеется в нашей Вселенной, выглядит куда более приятным. Но действительно ли эта концепция существования других вселенных имеет такой смысл? Возможно ли естественным образом разместить множественные вселенные в рамках теории Большого взрыва, например, или хотя бы ее разумных расширений? Как ни странно, ответом служит решительное «да».

Андрей Линде, выдающийся русский космолог, в настоящее время работающий в Стэнфорде, ввел понятие вечной инфляции. Грубо говоря, эта теоретическая идея означает, что во все времена какая-нибудь область пространства-времени, расположенная где-то в мультиверсе, переживает инфляционную фазу расширения. Согласно этому сценарию пространственно-временная пена посредством механизма инфляции непрерывно рождает новые вселенные (как уже обсуждалось в первой главе). Некоторая часть этих инфляционно расширяющихся областей эволюционируют в интересные вселенные вроде нашего собственного местного клочка пространства-времени. Они имеют физические законы, управляющие образованием галактик, звезд и планет. В некоторых из этих областей может даже развиться разумная жизнь.

Эта идея имеет как физический смысл, так и значительную внутреннюю привлекательность. Даже если нашей Вселенной, нашей собственной местной области пространства-времени, суждено умереть медленной и мучительной смертью, вокруг всегда будут другие вселенные. Всегда будет существовать что-то еще. Если мультиверс рассматривать с большей перспективы, охватывающей весь ансамбль вселенных, то его можно считать воистину вечным.

Эта картина космической эволюции изящно обходит один из самых неприятных вопросов, возникающих в космологии двадцатого века: если Вселенная зародилась в Большом взрыве, произошедшем всего десять миллиардов лет назад, что было до этого Большого взрыва? Этот трудный вопрос о том, «что было, когда еще ничего не было», служит границей между наукой и философией, между физикой и метафизикой. Мы можем экстраполировать физический закон назад во времени до того момента, когда Вселенной было всего 10-43 секунды, хотя по мере приближения к этому моменту будет расти неопределенность наших знаний, а более ранние эпохи вообще недоступны для современных научных методов. Однако наука не стоит на месте, и в этой области уже начинает появляться кое-какой прогресс. В рамках более широкого контекста, который обеспечивает концепция мультиверса и вечной инфляции, мы действительно можем сформулировать ответ: до Большого взрыва существовала (и по сей день существует!) пенистая область высокоэнергетического пространства-времени. Из этой космической пены какие-то десять миллиардов лет назад родилась наша собственная Вселенная, которая сегодня продолжает эволюционировать. Подобным образом постоянно продолжают рождаться другие вселенные, и этот процесс может происходить бесконечно. Правда, этот ответ остается немного неясным и, возможно, несколько неудовлетворительным. Тем не менее физика уже дошла до такого состояния, когда мы можем хотя бы начать обращаться к этому давно стоящему вопросу.

При наличии концепции мультиверса мы получаем следующий уровень революции Коперника. Так же, как наша планета не имеет особенного места в нашей Солнечной системе, а наша Солнечная система — особого статуса во Вселенной, так и наша Вселенная не имеет особого места в гигантской космической смеси вселенных, составляющих мультиверс.

Дарвиновский взгляд на вселенные

Пространство-время нашей Вселенной становится все более сложным по мере ее старения. В самом начале, сразу после Большого взрыва, наша Вселенная была очень гладкой и однородной. Такие начальные условия были необходимы, чтобы Вселенная эволюционировала в свою современную форму. Однако по мере эволюции Вселенной в результате галактических и звездных процессов образуются черные дыры, пронизывающие пространство-время своими внутренними сингулярностями. Таким образом, черные дыры создают то, что можно считать дырами в пространстве-времени. В принципе, эти сингулярности также могут обеспечить связь с другими вселенными. Может случиться и так, что в сингулярности черной дыры зародятся новые вселенные — вселенные-дети, о которых мы рассказывали в пятой главе. В этом случае наша Вселенная может породить новую вселенную, связанную с нашей через черную дыру.

Если данную цепочку рассуждений проследить до ее логического конца, возникает чрезвычайно интересный сценарий эволюции вселенных в мультиверсе. Если вселенные могут рождать новые вселенные, то в физической теории могут появиться концепции наследственности, мутаций и даже естественного отбора. Такую концепцию эволюции отстаивал Ли Смолин — физик, специалист по общей теории относительности и квантовой теории поля.

Предположим, что сингулярности внутри черных дыр могут рождать другие вселенные, как это происходит в случае с зарождением новых вселенных, о котором мы говорили в предыдущей главе. По мере развития эти другие вселенные обычно утрачивают причинную связь с нашей собственной Вселенной. Однако эти новые вселенные остаются связанными с нашей через сингулярность, расположенную в центре черной дыры. — Теперь допустим, что законы физики в этих новых вселенных похожи на законы физики в нашей Вселенной, но не абсолютно. На практике это утверждение означает, что физические постоянные, величины фундаментальных сил и массы частиц имеют похожие, но не эквивалентные значения. Другими словами, новая вселенная наследует комплект физических законов от материнской вселенной, но эти законы могут немного отличаться, что весьма напоминает мутации генов при воспроизводстве флоры и фауны Земли. В этой космологической обстановке рост и поведение новой вселенной будет напоминать, но не абсолютно точно, эволюцию исходной материнской вселенной. Таким образом, эта картина наследственности вселенных полностью аналогична картине биологических форм жизни.

Обладая наследственностью и мутациями, эта экосистема вселенных приобретает захватывающую возможность эволюционной схемы Дарвина. С комологическо-дарвинистской точки зрения, «успешными» являются вселенные, создающие большие количества черных дыр. Поскольку черные дыры появляются в результате образования и гибели звезд и галактик, эти успешные вселенные должны содержать большие количества звезд и галактик. Кроме того, на образование черных дыр уходит достаточно много времени. Галактики в нашей Вселенной образуются за время порядка миллиарда лет; массивные звезды живут и умирают за более короткое время, исчисляемое миллионами лет. Чтобы позволить образование большого числа звезд и галактик, любая успешная вселенная должна не только иметь нужные значения физических постоянных, но и быть относительно долго живущей. Имея звезды, галактики и длинное время жизни, вселенная вполне может разрешить развитие жизни. Другими словами, успешные вселенные автоматически имеют почти нужные характеристики для появления биологических форм жизни.