Брайан Грин: Является ли наша Вселенная единственной?

Современная космология озадачена загадкой: почему наша Вселенная так тонко настроена для создания условий, необходимых для жизни? В этом захватывающем путешествии к самым значительным открытиям науки Брайан Грин расскажет о том, может ли ошеломляющая идея мультивселенной таить в себе ключ к отгадке.

Несколько месяцев тому назад

Нобелевскую премию по физике

присудили двум командам астрономов

за открытие, о котором говорили

как об одном из важнейших прорывов

в области астрономии.

Сегодня я коротко опишу это открытие,

а затем расскажу вам
о крайне противоречивой
системе взглядов,

которая объясняет их открытие,

а именно о возможности,

что где-то далеко от Земли,

Млечного пути и прочих далёких галактик

мы можем обнаружить, что наша вселенная

не является единственной вселенной,

но частью

огромного комплекса вселенных,

который мы называем мультивселенная.

Само понятие мультивселенной
довольно необычное.

Большинство из нас
выросло с твёрдой уверенностью в том,

что слово «вселенная»
означает «всеобъемлющая».

Я сказал «большинство из нас» неспроста.

Моя четырёхлетняя дочь слышала,
как я рассуждаю на все эти темы
с самого её рождения.

В прошлом году я взял её на руки

и сказал: «София, я люблю тебя

больше всего во всей вселенной».

Тогда она повернулась ко мне
и спросила: «Папа,

во вселенной или в мультивселенной?»

(Смех)

Но даже при таком необычном воспитании

сложно представить

другие миры, отделённые от нашего,

большая часть которых обладает
фундаментально отличными свойствами,

и которые вполне можно назвать
самостоятельными вселенными.

И всё же, эта идея,

несомненно, умозрительная,

но я собираюсь убедить вас в том,

что есть причины,
чтобы отнестись к ней серьёзно,

поскольку эта идея
может оказаться истиной.

Я поведаю вам историю
мультивселенной в трёх частях.

В части первой я расскажу вам

о результатах тех исследований,
награждённых Нобелевской премией,

и обращу ваше внимание
на глубокую тайну,

которую эти результаты выявили.

Во второй части

я предложу разгадку этой тайны,

основанную на подходе,
называемом теорией струн.

Именно в этот момент на сцену вступит

идея мультивселенной.

В конце, в третьей части,

я расскажу о космологической теории,

известной как
Хаотическая теория инфляции,

которая поможет нам собрать воедино
все фрагменты моего рассказа.

Итак, часть первая
началась ещё в 1929 году,

когда великий астроном Эдвин Хаббл

понял, что все далёкие галактики

стремительно удаляются от нас,

и установил,
что пространство растягивается,

расширяется.

Это открытие было революционным.

Господствовавшая система взглядов
утверждала, что в самом крупном масштабе

Вселенная является неподвижной.

Но даже при таком раскладе

все были твёрдо уверены в одном:

расширение должно замедляться.

Так же как гравитационное притяжение Земли

замедляет полет яблока,
подброшенного вверх,

гравитационное притяжение

каждой из галактик к другой галактике

должно замедлять

расширение пространства.

Давайте перенесёмся в 1990-е,

когда те две команды астрономов,

которые я упомянул в начале,

вдохновлённые такого рода рассуждениями,

решили измерить скорость,

с которой расширение замедляется.

И им удалось это сделать

путём тщательного наблюдения

за множеством далёких галактик

и составлению графиков того,

как скорость расширения
изменялась со временем.

Их ждало неожиданное открытие.

Они обнаружили,
что расширение не замедляется.

Напротив, они обнаружили —
оно ускоряется,

становится всё быстрее и быстрее.

Как если бы подброшенное яблоко

летело вверх быстрее и быстрее.

Если бы вам довелось
увидеть такое яблоко,

вам захотелось бы выяснить почему.

Что толкает его?

Результаты исследования астрономов

бесспорно достойны Нобелевской премии,

но они ставят перед нами
аналогичный вопрос.

Что за сила заставляет все галактики

стремительно удаляться друг от друга

с непрестанно возрастающим ускорением?

Пожалуй, самый подходящий ответ

можно найти в старой идее Эйнштейна.

Мы все привыкли к гравитации

как к силе, которая делает только одно —

притягивает объекты друг к другу.

Но в теории гравитации Эйнштейна,

в его общей теории относительности,

гравитация также может
отталкивать объекты друг от друга.

Как? Согласно вычислениям Эйнштейна,

если пространство равномерно заполнено

невидимой энергией,

чем-то вроде однородного,
невидимого тумана,

то гравитация,
порождаемая таким туманом,

будет отталкивающей,

отрицательной гравитацией,

а это как раз то, что нам нужно,
чтобы объяснить нашу загадку.

Из-за отрицательной гравитации

невидимой энергии в космосе —

теперь мы называем её тёмной энергией,

но я сделал её дымчато-белой,
чтобы вам было видно —

отрицательная гравитация этой энергии

может заставить все галактики
отталкиваться друг от друга,

заставить расширение ускоряться,

а не замедляться.

Такое объяснение —

огромный шаг вперёд.

Я обещал поведать вам тайну.

В части первой.

Вот она.

Когда астрономы выяснили,

сколько тёмной энергии

должно находиться в пространстве,

чтобы вызвать космическое ускорение,

вот, что они нашли.

Число небольшое.

Как относительная величина

и вовсе ничтожное.

Тайна в том, чтобы постигнуть
это странное число.

Мы хотим вывести это число

на основании законов физики,

но до сих пор никто не нашёл
способа это сделать.

Вам, наверное, интересно,

какая разница?

Может быть, объяснение этого числа —

всего лишь техническая мелочь,

маленькая деталь,
интересная только экспертам,

но совершенно незначительная
для всех остальных.

Разумеется, это техническая мелочь,

но некоторые мелочи
имеют большое значение.

Некоторые детали прорубают окна

в неизведанные миры действительности,

и, возможно,
это странное число как раз такое.

Единственная гипотеза, которой удалось
продвинуться в постижении его сути,

допускает возможность
существования других вселенных —

эта идея естественным образом
вытекает из теории струн.

Тут я перехожу к части второй
моего повествования: к теории струн.

Давайте на время отложим в сторону

тайну тёмной энергии.

Я расскажу вам

три ключевых факта о теории струн.

Прежде всего, что это такое?

Это подход к реализации мечты Эйнштейна

о «теории всего»,

единой всеохватывающей системе знаний,

которая смогла бы описать

все силы, существующие во Вселенной.

Основная идея теории струн

довольна проста.

Идея заключается в следующем.
При тщательном исследовании

любого фрагмента материи

сначала вы обнаружатся молекулы,

затем атомы и элементарные частица.

Теория струн утверждает,
что при ещё более близком рассмотрении,

более точном,
чем позволяют текущие технологии,

внутри этих частиц
обнаружится ещё кое-что —

крошечная дрожащая энергетическая нить,

крошечная вибрирующая струна.

Так же, как и струны у скрипки,

эти струны могут вибрировать по-разному,

порождая различные музыкальные ноты.

Когда эти
мельчайшие фундаментальные струны

каждая вибрируют на свой лад,

они порождают различные типы частиц:

электроны, кварки, нейтрино, фотоны

и все прочие частицы.

Таким образом,
все они были бы частью одной системы,

так как порождались бы
вибрирующими струнами.

Это завораживающая картина,

своего рода космическая симфония,

где всё разнообразие,

которое мы наблюдаем
в окружающем нас мире,

порождается музыкой,

звучащей в этих крошечных струнах.

Однако подобное элегантное единство

дорогого стоит.

Годы исследований выявили то,

что математические законы теории струн
не работают так, как хотелось бы.

Они содержат внутренние противоречия,

за исключением случая,

когда мы допускаем существование
чего-то совершенно непривычного —

дополнительного измерения пространства.

Мы все знаем
о трёх привычных измерениях пространства.

Вы знакомы с ними

как с высотой, шириной и глубиной.

Однако теория струн утверждает,
что на невообразимо малом уровне

существуют дополнительные измерения,

сжатые до размера настолько малого,

что мы всё ещё не смогли их обнаружить.

Но несмотря на то,
что такие измерения скрыты от нас,

они влияют на предметы,
которые мы можем наблюдать,

потому что форма дополнительных измерений

определяет то, как вибрируют струны.

А в теории струн

вибрация определяет всё и вся.

Таким образом,
массы частиц, воздействие сил

и, самое главное,
количество тёмной энергии

определяется

формой дополнительных измерений.

Если бы мы знали
форму дополнительных измерений,

мы бы смогли вычислить эти свойства,

вычислить количество тёмной энергии.

Проблема в том,

что мы не знаем

форму дополнительных измерений.

Всё что у нас есть —

список вероятных форм,

допустимых математически.

Когда эта гипотеза только появилась,

у нас было
около пяти различных вероятных форм,

и было не сложно

проанализировать их одну за другой,

чтобы понять,
обладает ли какая-либо из них

физическими свойствами,
которые мы наблюдаем.

Но со временем список вырос.

Исследователи нашли
другие вероятные формы.

Список вырос с пяти до сотен,
а затем тысяч —

большая коллекция,
но всё ещё вполне поддающаяся анализу.

В конце концов,

аспирантам тоже надо чем-то заниматься.

Однако затем список продолжал расти

до миллионов и миллиардов форм
на сегодняшний день.

Число вероятных форм

выросло в соотношении 10 к 500.

Что же теперь делать?

Некоторые исследователи
пали духом и заключили,

что с таким огромным числом
вероятных форм для дополнительных измерений,

каждое из которых
порождает различные физические свойства,

теория струн
никогда не станет основанием

для точных, проверяемых прогнозов.

Но другие исследователи
взглянули на эту проблему с иной стороны

и привели нас к возможности
существования мультивселенной.

Вот в чем суть этой идеи.

Предположим, каждая из форм находится
в равном положении со всеми другими формами.

Каждая из форм так же реальна,
как и все прочие формы

в том смысле,

что существует множество вселенных,

каждая из которых имеет отличную форму
дополнительного измерения.

Такое радикальное предположение

имеет первостепенное значение
для нашей тайны,

а именно количества тёмной энергии,
выявленного в результате
тех нобелевских исследований.

Видите ли,

если другие вселенные существуют

и если каждая из этих вселенных

имеет отличную форму
дополнительного измерения,

то физические свойства
каждой вселенной также отличны,

в частности,

количество тёмной энергии
в каждой из вселенных

также будет отлично.

Это значит, что разгадка

тайны известного количества
тёмной энергии

приобретает совсем иной характер.

В таком контексте законы физики не могут

объяснить одно данное количество
тёмной энергии,

потому что нет одного данного числа,

существует множество чисел.

Это значит,

что мы задаём не тот вопрос.

Нужно спрашивать,

почему люди оказались во вселенной

с известным количеством тёмной энергии

вместо того,
чтобы оказаться в любой другой

возможной вселенной?

На этот вопрос можно дать ответ.

Потому что когда во вселенных,

которые содержат больше энергии,
чем наша вселенная,

материя пытается
объединиться в галактики,

сила отталкивания тёмной энергии
настолько велика,

что она разрывает сгустки материи

и галактики не формируются.

А во вселенных,
где гораздо меньше тёмной энергии,

материя сжимается настолько быстро,

что, опять же, галактики не формируются.

А без галактик нет ни звёзд, ни планет,

ни шанса на то,

что наша форма жизни

сможет существовать в таких вселенных.

Таким образом, мы оказались во вселенной

с известным количеством тёмной энергии

только потому, что наша вселенная
располагает условиями

для зарождения нашей формы жизни.

Вот и всё.

Тайна разгадана,

мультивселенная найдена.

Некоторые остались недовольны
таким объяснением.

Мы привыкли к тому, что физика

точно объясняет
природу вещей вокруг нас.

Но дело в том,

что если наблюдаемое свойство

может принять и принимает

широкий спектр различных значений

в рамках более широкой
панорамы реальности,

то искать отдельное объяснение

для каждого из значений

просто-напросто ошибочно.

Примером тому могут послужить

исследования
великого астронома Иоганна Кеплера.

Он был одержим постижением сути

другого числа —

почему Солнце находится
в 150 миллионах километров от Земли.

Кеплер провёл несколько десятков лет
в поисках ответа на свой вопрос,

но так и не преуспел в этом,
и мы знаем почему.

Кеплер задавал

не тот вопрос.

Мы знаем,
что существует множество планет,

находящихся на самых разных расстояниях
от своих родительских звёзд.

Надеяться на то, что законы физики

объяснят одно конкретное число,
150 миллионов километров,

значит заблуждаться.

Верный вопрос заключается в том,

почему человечество
оказалось на планете,

которая находится на данном расстоянии,

а не на любом другом из возможных?

И вновь,
на такой вопрос мы можем дать ответ.

Те планеты, которые находятся
гораздо ближе к звезде такой, как Солнце,

настолько раскалены,

что наша форма жизни
не может там существовать.

А те планеты, которые находятся
гораздо дальше от звёзд,

настолько холодны,

что, опять же, наша форма жизни
не сможет там закрепиться.

Мы оказались на планете,

которая находится
на данном расстоянии от Солнца,

только потому,
что она обладает условиями,

необходимыми для нашей формы жизни.

Когда речь идёт о планетах
и расстояниях от звезды,

очевидно, что такое направление мысли
является верным.

Дело в том,
что в рассуждениях о вселенных

и содержащейся в них тёмной энергии,

подобное направление мысли
также будет верным.

Одно из ключевых отличий,
конечно же, заключается в том,

что мы знаем о существовании
других планет в космосе,

но до текущего момента
я лишь высказывал предположения

о возможности существования
других вселенных.

Одним словом,

нам нужен механизм,

который смог бы
порождать другие вселенные.

На этой ноте я перехожу
к завершающей части, части третьей.

Такой механизм уже нашли космологи,

работающие
над изучением Большого взрыва.

Видите ли,
когда мы говорим о Большом взрыве,

мы часто представляем

некий взрыв космического масштаба,

который создал нашу вселенную

и заставил пространство расширяться.

Но тут кроется небольшая загвоздка.

Теория большого взрыва
не упоминает что-то очень важное —

сам Взрыв.

Эта теория рассказывает нам,
как вселенная развивалась после Взрыва,

но не посвящает нас в детали того,

что же привело к самому Взрыву.

Это упущение наконец-то было исправлено

расширенной версией
теории Большого взрыва,

а именно инфляционной моделью Вселенной,

указавшей на особый тип «топлива»,

которое естественным образом привело бы

к расширению пространства.

Это «топливо» основывается на том,
что называется квантовым полем.

Однако нам важна только одна деталь —

топливо настолько эффективное,

что почти невозможно

использовать его полностью,

и это значит,
что согласно инфляционной модели,

рождение нашей вселенной
в результате Большого взрыва —

скорее всего, не однократное событие.

Это топливо не только
вызвало Большой взрыв тогда,

оно вызовет бесконечное множество
последующих Больших взрывов,

каждый из которых породит
свою собственную, отдельную вселенную,

а наша вселенная станет всего лишь
одним из множества пузырьков

в великой космической пене вселенных.

Теперь давайте совместим это
с теорией струн,

и вот какая картина
откроется нашему взору.

У каждой из этих вселенных
есть дополнительное измерение.

Дополнительные измерения
могут быть самой разной формы.

Различные формы обладают
различными физическими свойствами.

И мы находимся в этой вселенной,
а не в любом другой,

только потому, что только
физические свойства нашей вселенной,

такие как количество тёмной энергии,

подходят для существования
нашей формы жизни.

Вот завораживающая,
но крайне противоречивая картина

космического пространства,

над которой нас заставили
крепко задуматься

передовые наблюдения и знания.

Перед нами, конечно же,
всё ещё стоит один большой вопрос:

сможем ли мы когда-нибудь подтвердить

существование других вселенных?

Позвольте мне описать

один из сценариев того,
как это может свершиться.

Инфляционная модель Вселенной

уже имеет
надёжное эмпирическое обоснование.

Эта модель утверждает,

что Большой взрыв
был бы настолько сильным,

что по мере
стремительного расширения пространства

крошечные квантовые колебания
из микромира

отразились на макромире,

оставив различимый след,

узор из чуть более горячих
и чуть более холодных пятен,

растянутый сквозь пространство.

Мощные современные телескопы
уловили такой след.

Далее, если другие вселенные существуют,

то согласно инфляционной теории,
время от времени

вселенные могут сталкиваться.

Если наша вселенная
столкнётся с другой вселенной,

то в результате в пространстве

образуется ещё один

едва различимый
узор температурных колебаний,

который мы однажды

сможем обнаружить.

Какой причудливой
ни выглядела бы эта картина,

однажды она может
обрести научное обоснование

через наблюдения

и подтвердить факт
существования других вселенных.

Я подведу итог,

рассказав об удивительном применении

всех этих идей

в далёком-предалёком будущем.

Мы узнали,

что наша вселенная
не является неподвижной,

пространство расширяется,

расширения ускоряется,

возможно, существуют другие вселенные —

всё благодаря тщательному изучению

тусклых точек звёздного света,

доходящего до нас из далёких галактик.

Однако из-за того,
что расширение пространства ускоряется,

в далёком-предалёком будущем

эти галактики будут унесены
так далеко и так быстро,

что мы не сможем увидеть их —

не по вине технологических ограничений,

но согласно законам физики.

Излучаемый галактиками свет

несётся с высочайшей скоростью,
со скоростью света,

но он не сможет преодолеть пропасть,

непрестанно растущую между нами.

В далёком будущем астрономы

будут наблюдать глубокий космос,

но не увидят ничего кроме бесконечной,

неподвижной, иссиня-чёрной бездны.

И они придут к выводу,

что вселенная неподвижна и неизменна,

что в ней находится
единственный центральный оазис материи,

в котором они живут —

картина космоса,

которая, как нам известно,
совершенно неверная.

Возможно, у астрономов будущего
будут записи,

унаследованные из ранних времён,

как наше,

и свидетельствующие
о существовании расширяющегося космоса,

который изобиловал галактиками.

Но поверят ли астрономы будущего

таким древним знаниям?

Или они поверят

чёрной неподвижной пустой вселенной,

которую они могут наблюдать
через свои сверхточные телескопы?

Я склоняюсь к последнему.

Это означает,

что нам невероятно повезло жить в век,

когда некоторые
краеугольные тайны космоса

всё ещё доступны

исследовательскому любопытству человека.

Оказывается, что эти времена не вечны.

Потому что астрономы нашего времени,

направив свои мощные телескопы в небо,

поймали горстку
скупых на подробности фотонов —

своего рода космическую телеграмму,

которая путешествовала миллиарды лет,

и сейчас послание, звучащие
сквозь толщу времени, всё ещё ясное.

Иногда природа оберегает свои секреты,

окутав их непроницаемой пеленой

законов физики.

Иногда истинные тайны мироздания

манят за собой из-за горизонта.

Большое спасибо.

(Аплодисменты)

Крис Андерсон: Брайан, спасибо Вам.

Размах идей,
о которых Вы сейчас рассказали,

ошеломляющий, захватывающий,
просто невероятный.

Как Вы считаете,

на какой стадии
сейчас находится космология

с точки зрения
её исторического развития?

Как по-вашему, может,
человечество сейчас
в самом сердце чего-то необычного?

БГ: Знаете, очень сложно
сказать наверняка.

Когда понимаешь, что у астрономов
из далёкого будущего, вероятно,

не будет полной информации,
чтобы осмыслить происходящее,

естественным образом возникает вопрос:
«Так, может быть,
и мы сами уже в таком положении,

и определённые, глубинные,
чрезвычайно важные свойства вселенной

уже ускользнули от нашей силы познания,

потому что именно так
развивается Вселенная?»

В этом смысле, возможно,

мы всегда будем задавать вопросы

и никогда не сможем дать на них
исчерпывающие ответы.

С другой стороны, мы теперь знаем,

каков возраст вселенной.

Мы знаем, как трактовать данные,

полученные через реликтовое излучение,

которое было порождено
13,72 миллиардов лет тому назад —

и сегодня мы можем вычислить,
как оно будет выглядеть в будущем

и наши расчёты дают верные результаты.

Обалдеть! Да ведь это поразительно!

То есть, с одной стороны, невероятно,
как глубоко нам удалось забраться,

но никто не знает, какие препятствия
встретятся на нашем пути в будущем.

КА: Вы будете здесь
на протяжении нескольких дней.

Надеюсь, Вы ещё расскажете нам подробнее
о некоторых из затронутых Вами тем.

Спасибо. Спасибо Вам, Брайан.
(БГ: Пожалуйста.)

(Аплодисменты)