Бесконечно повторяющиеся истории Вселенной относятся скорее к философии, чем к физике

Франсиско Хосе Солер Гиль из Севильского университета и Мануэль Альфонсека из Мадридского автономного университета (оба — Испания) рассмотрели два самых массовых варианта концепции бесконечной Вселенной, в которой история повторяется бесконечное количество раз в различных далеко разнесённых точках пространства.

Одна из концепций опирается на классическую космологию, другая — на квантовую механику. Объединяют их общие выводы: если вы возьмёте себя и поменяете в себе что-нибудь (снимете красную рубашку и наденете такую же, но синюю), то тут же станете другим собой. Наденьте фиолетовую — и вот уже третий вы. Где-то в пространстве есть кто-то, во всём похожий на вас в любой из этих рубашек, но с одним мелким отличием. Даже если вы смените напиток в своих руках с кофе на чай, вы обеспечите тем самым существование ещё одному варианту себя где-то на огромном удалении. И дело, понятно, не только в вас: Вселенная также имеет значительное количество своих копий. Точнее, бесконечно большое количество копий — хотя различия между большинством из них предельно несущественны — как, скажем, цвет рубашки одного из её жителей в один из моментов времени. Большинство из этих Вселенных вообще не отличаются друг от друга. Иными словами, если вы снимите красную рубашку и наденете синюю или вовсе ничего делать не станете, то и эти варианты продублированы где-то бесконечное число раз. Вам не по себе от такой концепции? Вы не одиноки.

Корни у таких концепций довольно древние и уходят в первые стройные теоретические воззрения человечества. Однако в современной космологии их вновь стали рассматривать как относительно достоверные варианты устройства мира. Испанские исследователи задались вопросом о том, могут ли такие взгляды действительно быть выведены из известных физических законов, в частности из классической релятивистской физики.

При этом выяснилось, что если принять концепцию бесконечных альтернативных историй Вселенной, то получится, что такое положение вещей имеет ряд необъяснимых последствий. Как отмечают авторы, если вероятность возникновения ДНК-жизни отлична от нуля (что, возможно, так и есть, ибо жизнь на Земле, видимо, существует), то, соответственно, количество возможных наборов её генов ограничено. При бесконечном количестве альтернативных Вселенных из этого вытекает бесконечный набор идентичных генотипов в различных районах Вселенной.

Бесконечное количество историй при конечном числе живых существ означает, что существует бесконечное количество повторов не просто Вселенных, различающихся только цветом рубашки на вас, но и Вселенных, вообще ничем друг от друга не отличающихся, включая пресловутую рубашку.

Вавилонская библиотека Борхеса содержала всего 25^{1 312 000} книг (точный повтор текста книг в ней исключался). Если бы это правило не соблюдалось, вероятность наличия в библиотеке книг с осмысленным текстом равнялась бы нулю. (Илл. A.Vasquez.)

Тем не менее у этого сценария есть контраргументы, полагают авторы. Первый: мы не можем быть уверены, что вероятность возникновения ДНК-жизни отлична от нуля. Даже если мы, кроме Земли, выявим еще миллиарды планет с ДНК-жизнью, из этого логически не будет вытекать ненулевая вероятность возникновения такой жизни.

Почему? Как поясняют испанцы, если ДНК-жизнь в истории Вселенной единична (Земля), то вероятность её возникновения равна единице, разделённой на плюс бесконечность. Иными словами, равна нулю. Хуже того, даже если известная нам жизнь возникла множество квадриллионов раз (здесь можно подставить любое сколь угодное большое число), то и тогда вероятность её появления равна нулю — если, конечно, количество вариантов Вселенной действительно бесконечно.

«Если мы имеем бесконечное количество возможных историй, то факт, что у нас есть наша, известная нам история (или ограниченное число [сходных]), ведущая к возникновению жизни, не делает эту историю вероятной: её вероятность будет равна единице, разделённой на бесконечность, то есть нулю, — подчёркивает г-н Альфонсека. — Чтобы иметь вероятность возникновения жизни больше нуля, нам нужно иметь бесконечно большое количество подходов». Налицо некоторое противоречие, делающее версию бесконечных историй в рамках классической космологии непростой в доказательстве. Как заключают авторы, нет, таким образом, ни малейшей возможности вывести такой сценарий из известных нам физических законов. Даже если он и верен, то убедиться в нём, исходя из наших нынешних знаний, невозможно, что выводит доказательство такой теории за рамки науки в современном виде.

Другой сходный подход — версия Жауме Гарриги (Jaume Garriga) и Александра Виленкина. Число историй в ней всё-таки ограничено. А основана она на идее, берущей начало из квантовой теории: дискретные регионы пространства имеют ограниченные количества энергии. В интерпретации квантовой механики, постулирующей декогерентные истории, бесконечная Вселенная (~ бесконечности альтернативных Вселенных) может быть разделена на бесконечное количество регионов, не могущих влиять друг на друга, поскольку они разделены горизонтом событий. В этой ситуации Гаррига и Виленкин полагают, что количество возможных историй каждого такого региона конечно и, согласно квантовой механике, энергия в них делится на кванты. Итог: бесконечное количество таких обособленных регионов пространства-времени плюс конечное количество возможных историй в каждом из таких регионов означает, что каждая история всё равно в конечном счёте будет повторена бесконечное количество раз.

Солер Гиль и Мануэль Альфонсека раскритиковали почти все постулаты, лежащие в основе версии Гарриги и Виленкина. Во-первых, квантовая теория применительно к космологии пока скорее гипотеза без должного подтверждения, нежели наоборот (отметим, что сторонники такой теории утверждают ровно противоположное).

Согласно некоторым современным трактовкам квантовой механики, любое измерение на микроуровне ведёт к образованию альтернативной вселенной, а иногда и нескольких. (Иллюстрация Stephen Whitt.)

Во-вторых, расширение Вселенной и гравитационные эффекты чёрных дыр в ней могут увеличить количество возможных историй до бесконечности. В этом случае в числителе возможных историй будет бесконечность. А значит, повторение любой из историй в точности окажется маловероятным, чтобы не сказать — невозможным. Отметим, что данная версия испанских теоретиков выглядит впечатляюще обоснованной, и даже в рамках квантовомеханических воззрений ответить ей непросто.

Однако больше всего критики получило само предположение о возможности бесконечного количества регионов во Вселенной. Как отмечают испанцы, в прошлом много раз складывались ситуации, когда бесконечность в физических теориях казалась неизбежной, и тем не менее всякий раз с очередным шагом в развитии физики находились возможности устранить такую бесконечность.

Сегодня в классической космологии бесконечность постулируется в сингулярности чёрных дыр и сингулярности Вселенной до Большого взрыва. В квантовой механике бесконечностью угрожают энергия вакуума и определённые части квантовой теории поля. Как надеются авторы, возможно, обе теории — это лишь приближение третьей, более общей, которая устранит нужду в бесконечных значениях, позволив, как говорил Поль Дирак, «избавиться от бесконечности».

Подводя итоги, Солер Гиль и Мануэль Альфонсека отмечают, что они не могут опровергнуть имеющимися средствами выводы о бесконечном повторении Вселенной. Однако не от нехватки чисто физической аргументации, а от того факта, что сама идея бесконечных повторений истории Вселенной покоится в сфере философии, мифологии и НФ, а не современной космологии, не дающей никаких строгих оснований для того, чтобы предположить бесконечность историй Вселенной и их бесконечную повторяемость.

С препринтом соответствующего исследования можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Phys.Org.