До конца времен. Сознание, материя и поиск смысла в меняющейся Вселенной - Брайан Грин

Еще в одном, последнем в нашем обзоре, подходе, интересном не только соображениями по поводу больцмановских мозгов, физик Пол Стейнхардт и его коллеги Нил Турок и Анна Ийяс представляют перевод такого потенциально губительного для Вселенной сжатия в более жизнеутверждающий отскок, ведущий к возникновению новой вселенной31. Согласно этой теории, области пространства, подобные нашей, проходят через фазы расширения, за которыми следуют фазы сжатия, причем циклы эти повторяются бесконечно. Большой взрыв становится Большим отскоком — повторением начала предыдущего цикла. Сама идея не слишком нова. Вскоре после того, как Эйнштейн завершил работу над общей теорией относительности, цикличный вариант космологии был предложен Александром Фридманом и впоследствии развит Ричардом Толманом32. Целью Толмана, в частности, было обойти вопрос о возникновении Вселенной. Если циклы продолжаются бесконечно далеко в прошлое, то никакого начала не было. Вселенная существовала всегда. Толман выяснил, однако, что это утверждение опровергается вторым началом термодинамики. Непрерывное накопление энтропии от цикла к циклу подразумевает, что той Вселенной, в которой мы обитаем, могло предшествовать лишь конечное число циклов — так что без начала все-таки не обойтись. Стейнхардт и Ийяс в своем новом варианте циклического подхода утверждают, что в состоянии разрешить эту проблему. Они установили, что за время каждого цикла некая заданная область пространства растягивается гораздо сильнее, чем сжимается, гарантируя, что содержащаяся в ней энтропия при этом сильно разбавляется. Цикл за циклом полная энтропия во всем пространстве увеличивается, как и полагается по второму началу термодинамики. Но в любой конечной области — такой, как та, что дала начало окружающему нас наблюдаемому царству, — накопление энтропии, так беспокоившее Толмана, больше не является проблемой. Расширение сильно разбавляет и вещество, и излучение, тогда как последующее сжатие обуздывает мощь гравитации и вновь пополняет с ее помощью запас высококачественной энергии ровно настолько, чтобы хватило заново начать цикл. Длительность каждого цикла определяется величиной темной энергии, которая, судя по нынешним измерениям, устанавливает эту длительность на величинах порядка сотен миллиардов лет. И это гораздо меньше типичного времени, необходимого для формирования больцмановских мозгов, так что циклическая космология предлагает еще одно потенциальное решение, позволяющее сохранить рациональность. Если для возникновения мозга обычным способом длительности любого заданного цикла вполне хватит, то, прежде чем мозг успеет возникнуть больцмановским способом, цикл давно завершится. Значит, все мы с разумной долей уверенности можем утверждать, что наши воспоминания основаны на событиях, которые на самом деле произошли.

Если говорить о будущем, циклический подход позволяет предположить, что наш подъем на Эмпайр-стейт-билдинг будет прерван и закончится где-то в окрестностях 11-го или 12-го этажа, когда фаза сжатия пространства завершится отскоком, который окончит наш цикл и инициирует следующий. Кроме того, линейность нашей небоскребной метафоры нужно будет усовершенствовать до спиральной формы (на ум приходит взмывающая ввысь версия музея Гуггенхайма), где каждый виток представляет космологический цикл. Более того, поскольку эти циклы, возможно, уходят в бесконечность как в прошлое, так и в будущее, нам потребуется представить себе структуру, уходящую бесконечно далеко в обоих направлениях. Реальность, какой мы ее знаем, будет частью одного-единственного витка по космологическому треку.

За последние годы циклическая космология превратилась в главного конкурента инфляционной теории. Хотя та и другая в состоянии объяснить космологические наблюдения, включая и важнейшие температурные вариации в реликтовом излучении, инфляционная теория продолжает доминировать в космологических исследованиях. Отчасти это отражает сизифов труд с целью заинтересовать физиков в альтернативе теории, которая на протяжении четырех десятков лет сумела превратить космологию в зрелую и точную науку. Тем, что наше время называют золотым веком космологии, мы в значительной мере обязаны инфляционной теории. Конечно, истина в науке не определяется ни голосованием, ни популярностью. Она определяется экспериментами, наблюдениями и данными. Инфляционная и циклическая теории все же делают одно значимо различное наблюдательное предсказание, которое, возможно, однажды поможет разрешить их спор: катастрофический переход инфляционного расширения в процесс Большого взрыва должен был, скорее всего, вызвать такое резкое возмущение ткани пространства, что порожденные им гравитационные волны, пожалуй, можно обнаружить до сих пор. Более мягкое расширение циклической модели должно порождать слишком мягкие гравитационные волны, сегодня уже незаметные.

Таким образом, в не слишком отдаленном будущем наблюдения, возможно, позволят нам склонить чашу весов в пользу одного из этих двух космологических подходов33.

Среди исследователей инфляция по-прежнему остается главной космологической теорией, поэтому мы в предыдущих главах сосредоточились именно на ней. Тем не менее чрезвычайно интересно представлять себе, как будущие наблюдения, углубляя знания о космосе, сделают наш век всего лишь одним из многих — может быть, бесконечно многих — моментов неполного понимания. И все же, хотя наш рассказ о ранних стадиях развития Вселенной, а также о ее развертывании после 12-го этажа может существенно поменяться, ключевые соображения, связанные с энтропией и эволюцией, руководившие нами на протяжении большей части нашего путешествия, останутся прежними. Главное, если бы циклическая теория подтвердилась, мы бы узнали, что самые универсальные среди всех паттернов — рождение, смерть и перерождение — повторяются на космологических масштабах. Заманчивая перспектива. Древние мыслители Индии, Египта и Вавилона представляли, что вместо начала, середины и конца Вселенная, возможно, переживает цепочку последовательных циклов, подобно чередованию дня и ночи или времен года. В не слишком далеком будущем данные приборов, регистрирующих гравитационные волны, могут прояснить вопрос о том, действует ли в космосе эта закономерность34.

Мысль и мультивселенная

Если лететь в глубины пространства с произвольной скоростью, доберешься ли до конца? Или полет будет продолжаться вечно? Или, может быть, траектория замкнется и обернется этакой космической Магеллановой кругосветкой? Никто не знает. В рамках инфляционной теории самые пристально изучаемые математические формулировки подразумевают, что пространство бесконечно, объясняя отчасти, почему исследователи уделяют столько внимания именно этой возможности. Для далекого будущего разума бесконечное пространство предлагает одно особенно необычное следствие, так что давайте примем преобладающую инфляционную точку зрения и будем считать пространство бесконечным35.

Большая часть бесконечного пространства окажется невидимой и недоступной для нас. Свет, испущенный в далеких локациях, является видимым для наших телескопов, только если у него было достаточно времени, чтобы пересечь лежащее между нами пространство. Взяв максимально возможное время в пути — все время, прошедшее после Большого взрыва, 13,8 млрд лет, — можно подсчитать, что максимальное расстояние, на которое мы можем видеть в любом направлении, составляет около 45 млрд световых лет (вы могли бы подумать, что предел составляет 13,8 млрд световых лет, но, поскольку, пока свет летит, пространство расширяется, доступное расстояние получается больше). Если бы вы выросли на планете, удаленной от Земли на расстояние, большее этого, у нас до настоящего момента не было бы никакой возможности связаться друг с другом или непосредственно повлиять друг на друга. Так что, считая пространство бесконечным, вы можете вообразить его в виде лоскутного одеяла из далеко разнесенных между собой областей размером по 90 млрд световых лет, причем каждая из таких областей развивается независимо от остальных36. Физики любят рассматривать каждую такую область как отдельную независимую вселенную; тогда весь набор областей вместе образует мультивселенную. Соответственно, бесконечное расширение пространства порождает мультивселенную с бесконечным числом вселенных.