# Притяжение Мультивселенной: Пол Халперн и Брайан Китинг о параллельных мирах

Источник: https://www.youtube.com/watch?v=9M_qL3wUH9I
Канал: Brian Keating
Опубликовано: 28.04.2024

---

Квантовая физика и космология в последние десятилетия столкнулись в рамках одной из самых захватывающих и спорных концепций — теории Мультивселенной. В новом выпуске подкаста «Into the Impossible» известный астрофизик Брайан Китинг побеседовал с профессором физики Полом Халперном о его свежей книге «Притяжение Мультивселенной» (The Allure of the Multiverse). Собеседники подробно разобрали, почему идея множественности миров вызывает столь ожесточенные споры в научном сообществе, где пролегает граница между строгой наукой и научной фантастикой и какие экспериментальные проекты пытаются найти следы иных вселенных в нашем космосе.

## 🌌 Притяжение неизведанного: почему Мультивселенная разделяет ученых
[[JUMP:0:00]]

Само название новой книги Пола Халперна «Притяжение Мультивселенной» указывает на внутреннюю двусмысленность этой концепции. По словам автора, с одной стороны, существуют веские теоретические основания для исследования идеи множественных миров, но с другой — многие ученые обоснованно указывают на то, что это выходит за рамки традиционного научного метода. Некоторые физики приходят в ужас от самой темы и используют знаменитую цитату Вольфганга Паули «это даже не неверно» для ее безоговорочного осуждения.

Тем не менее, как отмечает Пол Халперн, идею поддерживают и весьма прагматичные ученые. В качестве примера он приводит известного астрофизика Вирджинию Тримбл из Калифорнийского университета в Ирвайне (UC Irvine), которая стала одной из первых женщин, получивших наблюдательное время на крупнейших телескопах. В интервью для книги Тримбл напомнила об исторических прецедентах: в прошлом люди сомневались в существовании других планетных систем, планет у далеких звезд и даже других галактик за пределами Млечного Пути. Каждый раз, когда заходила речь о существовании чего-то за пределами видимого мира, это в итоге оказывалось правдой. По этой причине Тримбл заявила Халперну, что готова сделать ставку и на реальность других вселенных. 

Аналогичной позиции придерживается и королевский астроном Мартин Рис, который активно поддерживает гипотезы Мультивселенной. Свои веские аргументы в пользу этой идеи высказывал и лауреат Нобелевской премии Стивен Вайнберг, пытавшийся с ее помощью объяснить аномально малое значение космологической константы.

Пол Халперн подчеркивает, что не утверждает в своей книге, будто Мультивселенная — это доказанный факт. Это гипотеза, которую, по его мнению, следует воспринимать серьезно. Если бы мы могли объяснить наблюдаемую Вселенную исключительно с помощью прямых методов детектирования, все ученые были бы довольны, однако реальность может оказаться сложнее, и физикам приходится рассматривать объекты, находящиеся за пределами прямой видимости. 

Культурный феномен Мультивселенной, популяризированный кинематографом и комиксами Marvel, сильно отличается от строгого научного подхода, но Халперн с иронией замечает, что этот интерес выгоден ученым, так как привлекает внимание частных доноров к финансированию фундаментальных исследований.

## 📜 От космических спекуляций Бруно до квантовой реальности
[[JUMP:6:43]]

Исторический экскурс дискуссии затронул фигуру Джордано Бруно. Брайан Китинг признался, что трактовка идей Бруно в поп-культуре является его давней темой для споров. По мнению ведущего, Бруно в реальности говорил не о параллельных вселенных в их современном понимании, а о далеких звездах и планетах вокруг них, на которых может существовать жизнь. За свои убеждения он был сожжен на костре, однако Китинг отмечает, что Бруно отличался крайним высокомерием и верил, будто церковь простит его за гениальность — аналогичную ошибку 32 года спустя совершил и Галилео Галилей.

Пол Халперн соглашается с тем, что Бруно не создавал концепцию Мультивселенной. С его точки зрения, истинная история Мультивселенной началась в 1950-х годах с работ Хью Эверетта, была популяризирована Брайсом Девиттом в 1970-х и пережила настоящий взлет на рубеже веков. Пример Бруно ценен тем, что он рассуждал о вещах, которые принципиально невозможно было пронаблюдать в его эпоху. 

Долгое время даже в XX веке ученые не были уверены, удастся ли когда-нибудь зафиксировать экзопланеты. Халперн напоминает о ложном открытии Питера ван де Кампа из Спруловской обсерватории, который заявил об обнаружении планеты у звезды Барнарда. Позже его ассистент разобрал и заново собрал телескоп, выяснив, что «открытие» было лишь техническим сбоем оборудования.

В физике существует множество объектов, которые считаются реальными, но остаются недоступными для прямого наблюдения:

* Внутреннее пространство черных дыр, свойства которого можно рассчитать математически, но невозможно изучить лично и вернуться обратно.
* Гравитационные волны, существование которых было предсказано общей теорией относительности, но зафиксировано экспериментально лишь относительно недавно.
* Области космоса за пределами радиуса наблюдаемой Вселенной (хаббловского радиуса), к которым у нас нет физического доступа.

Халперн резюмирует, что диапазон доступного для наблюдения постоянно расширяется, и то, что для одного поколения кажется праздной спекуляцией или научной фантастикой, для следующего становится подтвержденным фактом.

## 🌀 Многомировая интерпретация: вселенная в гильбертовом пространстве
[[JUMP:17:23]]

Значительное место в истории квантовой механики и концепции Мультивселенной занимают фигуры Джона Уилера и Ричарда Фейнмана. В 1950-х годах Уилер пытался разработать квантовую теорию гравитации, опираясь на фейнмановский метод интегралов по траекториям (суммирования по историям). Его целью было создание универсальной волновой функции Вселенной, которая затем декогерирует в привычный нам классический мир. 

Уилер поручил эту задачу своему аспиранту Чарльзу Мизнеру, в шутку предположив, что создание квантовой гравитации на основе фейнмановских диаграмм займет всего пару месяцев и станет быстрой темой для кандидатской диссертации. Мизнер быстро осознал всю сложность проекта, но сумел привлечь к работе Хью Эверетта.

Эверетт посетил доклады Альберта Эйнштейна, посвященные проблемам квантовой физики, где Эйнштейн иронично спрашивал, может ли обычная масса приводить к коллапсу волновой функции. В то время доминировала Копенгагенская интерпретация, требовавшая присутствия внешнего человеческого наблюдателя для перевода квантовой системы в классическое состояние. Уилер считал это проблемой, поскольку человек не может находиться вне Вселенной, чтобы ее «схлопнуть». Позже Уилер увлекся идеей «соучаствующей Вселенной» (participatory universe), где астроном в настоящем ретропричинно коллапсирует квантовое прошлое космоса путем наблюдения, однако Пол Халперн признается, что не разделяет эту гипотезу.

Решение Эверетта оказалось радикальным:

1.  Люди являются частью Вселенной, а значит, они сами представляют собой квантовые системы.
2.  Человеческое сознание и все объекты должны существовать внутри абстрактного математического гильбертова пространства.
3.  Универсальная волновая функция Вселенной развивается строго детерминировано согласно уравнению Шрёдингера и никогда не коллапсирует.
4.  Каждый раз, когда происходит квантовое измерение, мир плавно разветвляется, и мы фиксируем все возможные исходы в параллельных реальностях.

Брайан Китинг указывает на критический недостаток этой концепции: известные физики, такие как Шон Кэрролл, преподносят Многомировую интерпретацию (MWI) как практически доказанный факт, полностью списывая со счетов Копенгагенский подход, тогда как сам Уилер до последнего сомневался и не хотел рвать с Нильсом Бором. Экспериментатор Китинг задается вопросом: возможен ли четкий эксперимент в духе Карла Поппера, способный фальсифицировать теорию Эверетта и выявить реальный коэффициент ветвления миров? Обывательское представление о коте Шрёдингера предполагает бинарный исход (жив или мертв), но в реальности любая квантовая система находится в бесконечной суперпозиции, что делает механику бесконечного деления миров крайне сомнительной.

Пол Халперн признает, что проблема правила Борна (объяснения вероятностей в многомировой модели) остается главным уязвимым местом теории. Философы физики пытаются защитить ее с помощью «теории ставок» и игровых моделей, но Халперн относится к этому скептически. По его мнению, Многомировая интерпретация сегодня популярна лишь как «решение по умолчанию» в условиях, когда физики не могут динамически объяснить феномен мгновенного квантового коллапса. Как только ученые найдут строгое динамическое объяснение локализации квантовых систем, Многомировая интерпретация будет окончательно опровергнута.

## ⏳ Серые кардиналы космологии: наследие Роберта Дикки
[[JUMP:30:58]]

В истории изучения космоса есть свои незаслуженно забытые герои, и главным из них оба собеседника считают Роберта (Боба) Дикки. Пол Халперн принимал участие в установке мемориальной доски в его честь в Принстоне, на открытии которой присутствовал Кип Торн, испытавший огромное влияние Дикки. Дикки сочетал в себе блестящего экспериментатора и теоретика, выступая своеобразным противовесом Джону Уилеру. Интересно, что Дикки не верил в классическую общую теорию относительности Эйнштейна. Вместо этого он развивал альтернативную скалярно-тензорную теорию (модель Бранса — Дикки — Йордана), предполагающую, что гравитационная постоянная $G$ не является фиксированной, а меняется в зависимости от скалярного поля.

Дикки полагал, что Вселенная циклична, а космическое микроволновое фоновое излучение (реликтовый фон, CMB) — это остаточный шум от предыдущего цикла сжатия мироздания. Позже его коллега Джим Пиблс переосмыслил эти данные в пользу сингулярности единственного Большого взрыва. Историческая статья команды Дикки вышла в качестве компаньона к работе Арно Пензиаса и Роберта Вильсона, зафиксировавших реликтовое излучение (Пензиас ушел из жизни в возрасте 90 лет). В статье Дикки словосочетание «Большой взрыв» не упоминалось ни разу — речь шла исключительно о циклической модели. 

Трагедия Дикки заключалась в том, что он успешно измерил этот шум еще в 1940-х и 1950-х годах, но забыл о своих результатах и не осознал их космологического значения, пока его команду не «обошли» коллеги из Bell Labs. Принстонские ученые строили приемник прямо на крыше здания Джадвин-холл (Jadwin Hall), когда Дикки сделал свой знаменитый звонок коллегам со словами: «Ребята, нас опередили».

Тем неменно, именно идеи Дикки заложили фундамент для открытий Алана Гута. Гут, будучи скромным постдоком в Стэнфордском линейном ускорителе (SLAC), узнал от Дикки о проблеме плотности и плоского пространства Вселенной. Суть проблемы тонкой настройки заключалась в следующем:

* Параметр плотности $\Omega$, определяющий кривизну пространства, в самом начале должен был быть невероятно близок к нулю.
* Если бы $\Omega$ отклонился от нуля хотя бы на ничтожную долю процента в первые мгновения, сегодня Вселенная была бы настолько искривленной, что в ней не смогли бы сформироваться стабильные структуры.

В попытках решить эти парадоксы Чарльз Мизнер сформулировал проблему горизонта (почему температура реликтового излучения одинакова во всех направлениях) и создал хаотическую модель Mixmaster. Эта математическая модель, названная в честь кухонного блендера, описывала Вселенную, которая хаотически сжимается в одном направлении и расширяется в двух других, пытаясь буквально «перемешать» излучение до однородного состояния. В конечном итоге размышления Дикки о совпадениях в масштабах времени привели к формулировке Брэндоном Картером в 1970 году «антропного принципа». Согласно этому принципу, константы Вселенной должны быть именно такими, какие они есть, просто потому, что в противном случае некому было бы сидеть и рассуждать о них.

## 💥 Вечная инфляция: научный прорыв или «теоретическая катастрофа»?
[[JUMP:39:08]]

Инфляционная модель Вселенной, призванная объяснить ее плоскостность и однородность, сегодня отмечает свое 40-летие, и, по шутливому замечанию Китинга, ее уже сложно назвать «молодой и перспективной». Создатели теории разошлись во взглядах на ее последствия. Алан Гут прямо заявляет, что практически все инфляционные модели неизбежно являются вечными, порождая бесконечное число «карманных вселенных». С ним солидарен и Андрей Линде, утверждающий, что построить инфляционную модель без создания Мультивселенной математически крайне трудно.

Однако один из отцов-основателей инфляции Пол Стейнхардт сегодня категорически отрекается от своего «детища». Пол Халперн вспоминает, как брал интервью у Стейнхардта в его кабинете в Принстоне сразу после того, как тот разработал альтернативную циклическую (или апериодическую) модель совместно с Джастином Хури (Justin Khoury) и Нилом Тюроком. Тогда Стейнхардт призывал к непредвзятости, но со временем его критика стала жесткой. 

Стейнхардт утверждает, что вечная инфляция допускает абсолютно любые физические свойства бесконечное число раз, из-за чего теория теряет предсказательную силу. Он открыто называет Мультивселенную «теоретической катастрофой», которая несет опасность не только для космологии, но и для науки в целом.

Пол Халперн не согласен с радикализмом Стейнхардта. По мнению гостя, альтернативная модель самого Стейнхардта (теория бранных миров) выглядит для обывателя не менее фантастично: она предполагает, что всего в одном миллиметре от нас в высшем измерении находится другая вселенная-брана, которая периодически сталкивается с нашей. Халперн считает обе концепции легитимными расширениями общей теории относительности и квантовой теории поля. При этом концепция бранных миров изящно объясняет проблему иерархии — феноменальную слабость гравитации по сравнению с другими силами, за счет ее «просачивания» в скрытые измерения. 

Примечательно, что даже соавтор Стейнхардта Джастин Хури сегодня склоняется к поддержке стандартной инфляции, поскольку астрофизическое сообщество де-факто признало ее наиболее логичной версией эволюции раннего космоса.

## 🛰️ Уроки Bicep2 и поиски шрамов на космическом микроволновом фоне
[[JUMP:45:32]]

Десять лет назад, 17 марта 2014 года, мировые СМИ вышли с сенсационными заголовками о том, что рябь пространства-времени зафиксировала «дымящийся пистолет» Большого взрыва. Речь шла об эксперименте Bicep2, у истоков первой версии которого в 2000 году стоял сам Брайан Китинг вместе с Джейми Боком и покойным Эндрю Лангом. В то утро Макс Тегмарк восторженно писал в Huffington Post: «Доброе утро, инфляция! Привет, Мультивселенная!», а Лоуренс Краус заявлял, что открытие ставит крест на циклических моделях и «сверхъестественных фокусах», полностью исключая необходимость в идее Бога. Христианские апологеты из Discovery Institute, напротив, увидели в данных Bicep2 прямое свидетельство божественного замысла.

Сенсация обернулась драмой:

* Зафиксированный сигнал реликтовых гравитационных волн оказался шумом от микроскопических крупиц космической пыли нашей Галактики.
* Научный триумф был аннулирован, чему Брайан Китинг посвятил свою автобиографическую книгу «Потеря Нобелевской премии».
* Видео на YouTube-канале Стэнфорда, где профессор Чао-Лин Ко принес бутылку шампанского Андрею Линде, извещая об «открытии», до сих пор доступно и набрало более 3 миллионов просмотров.

Главный урок Bicep2, по мнению Китинга, заключается в том, что ученые не должны слепо искать подтверждения своим надеждам. Необходимы жесткие внутренние системы сдержек и противовесов. Сегодня поиски доказательств вечной инфляции продолжаются на более строгом уровне. Физики Хиранья Пейрис (Hiranya Peiris) и Мэттью Джонсон создают математические симуляции, пытаясь обнаружить в поляризационном профиле реликтового излучения «космические шрамы» — следы столкновения нашей вселенной с другими «пузырями» в Мультивселенной. 

Сама Хиранья Пейрис, входящая в консультативный совет Simons Observatory (где Китинг является главным исследователем), прагматично отмечает, что шансы заметить такой сигнал крайне малы, но эти тесты критически важны из-за монументальности последствий возможного открытия. Параллельно процессы зарождения «пузырей» вселенных пытаются моделировать на Земле в рамках консорциума «Квантовый симулятор для фундаментаческой физики».

## 🔮 Принцип Маха и Розеттский камень ландшафта струн
[[JUMP:54:11]]

Брайан Китинг в финале беседы озвучил гипотетический вопрос: если бы параллельный пузырь вселенной находился на расстоянии всего одного светового дня от нас, не привело ли бы это к нарушению фундаментального принципа Маха и Лоренц-инвариантности? Пол Халперн напомнил, что согласно принципу Маха, инерция тел определяется совокупным гравитационным воздействием всех далеких звезд. Эйнштейн руководствовался им при создании ОТО, однако Виллем де Ситтер в своей первой же работе показал, что в пустой Вселенной (космологии де Ситтера) инерция все равно сохраняется даже при полном отсутствии материи. Таким образом, общая теория относительности в реальности не включает принцип Маха, и существование соседних вселенных-пузырей никак бы на него не повлияло.

Главная же претензия критиков инфляции заключается в том, что в рамках Мультивселенной физика теряет возможность прямого объяснения параметров нашего мира. Ученым приходится скатываться в антропный принцип «Златовласки», утверждая, что в других пузырях космологическая константа слишком велика, а гравитация или электромагнетизм имеют неподходящую силу для зарождения жизни. Такой философский сдвиг категорически не нравится многим исследователям.

В качестве возможного спасения ситуации Пол Халперн видит создание своеобразного «Розеттского камня» — единой таблицы соответствия между микрофизическим ландшафтом теории струн и макрофизической структурой Мультивселенной. Если принять концепцию, согласно которой элементарные частицы являются не точечными объектами, а микроскопическими энергетическими струнами, физика неизбежно приходит к 10- или 11-мерному пространству. 

Процесс его компактификации (сворачивания лишних измерений) порождает $10^{500}$ вариантов конфигураций, каждая из которых задает свою квантовую полевую теорию в нашем четырехмерном мире. Пол Халперн выражает надежду, что в далеком будущем мощные компьютеры смогут проанализировать этот колоссальный ландшафт и доказать, что лишь ничтожно малая часть струнных вакуумов способна запустить инфляцию и сформировать Стандартную модель с малой космологической константой, объяснив наше существование без привлечения чистой случайности.