Розширення Всесвіту, що почалося з Великого вибуху, є науково засвідченим фізичним явищем. Але за останні 400 років Всесвіт пережив і розширення іншого характеру — інтелектуальне. Воно також почалося з великого вибуху, коли астрономи Ґалілео Ґалілей та Йоганнес Кеплер розгромили концепцію кристалічних сфер, котрі, як вважалося доти, показували правильне розташування й рух небесних тіл. Це допомогло усвідомити, що так звані нерухомі зорі, від яких відштовхувалися в уявленнях про переміщення планет, перебувають незмірно далі, ніж люди собі уявляли. Останнє, своєю чергою, прояснило, що Чумацький Шлях на нічному небі — це, власне, видиме із Землі велетенське скупчення зір, серед яких Сонце посідає лишень дуже скромне місце.
Деякий час вважалося, що Галактика (давньогрецька назва Чумацького Шляху) — це і є цілий Всесвіт. Але з появою більших і потужніших телескопів понад століття тому астрономи зрозуміли, що вона тільки одне з багатьох таких зоряних скупчень. Відтак мисленнєві межі знову розширилися — уже до нинішніх масштабів, тобто заповненого галактиками Космосу, якому 13,8 млрд років, з деякими проясненими подробицями її еволюції за той період.
Але питання про те, що ж таке Всесвіт, лишається актуальним. Декотрі фізики припускають, що як Галактика (котру колись вважали єдиною) — тільки один із елементів чогось загального, так і реальність навряд чи обмежується самим тільки нашим Всесвітом. Вони вважають, що існує не Всесвіт, а множина всесвітів — мультивсесвіт, або ж багатосвіт. І багатосвітів може насправді бути більше, ніж один. Поки що це грандіозні домисли, які важко перевірити. Утім, якби вони виявилися правдивими, то могли б дати відповідь на найзаплутаніші питання буття.
Один із провідних прибічників теорії багатосвітів — професор Массачусетського технологічного інституту Макс Теґмарк запропонував чотирирівневу класифікацію можливих варіантів багатосвіту. Слід зауважити, що лише три із цих чотирьох здаються доступними розумінню простих смертних. З них і почнемо.
Світи у світах
Найпростіший варіант багатосвіту від Теґмарка — це нескінченне розширення того, що нам уже знайомий. Сучасні телескопи зазирають далеко, але оскільки швидкість світла й вік Всесвіту скінченні, бачити вони можуть у певному радіусі. Якби Космос був статичний, то цей горизонт (відомий під назвою «радіус Габбла») простягався б на 13,8 млрд світлових років. Насправді з огляду на розширення Космосу після Великого вибуху габблівський радіус дорівнює 42 млрд світлових років.
Читайте також: Гуманітарні виклики для освіти й міністерства
Наскільки простягається простір поза радіусом Габбла, не знає ніхто. За деякими теоріями, до нескінченності. Якщо це так, то десь можуть існувати всі можливі комбінації матерії, ба навіть у безмежних кількостях. Можливою є і нескінченна кількість Земель із нескінченною кількістю людей, що читають цю статтю. Не виключено, що ці світи, ізольовані один від одного горизонтами своїх власних радіусів Габбла, є окремими всесвітами в тому сенсі, в якому цей термін нині розуміє наука.
Це, може, й бачиться заплутаним, але порівняно з другим видом багатосвіту Теґмарка — елементарщина. Перший варіант виходить із припущення, що закони фізики скрізь однакові. У другому передбачено, що в різних всесвітах вони можуть варіюватися. Невеличкої перестановки в цих законах досить, аби змінилася природа реальності, тож такі всесвіти мали б відрізнятися — швидше за все, дуже сильно — один від одного.
У третьому виді Теґмаркового багатосвіту, як і в першому, закони фізики однакові для всіх всесвітів. Проте в ньому всесвіти, що є частинами багатосвіту, із плином часу безперервно один від одного відділяються. У будь-який момент десь у такому багатосвіті вже відбуваються всі можливі варіації майбутнього, що допускаються принципами невизначеності квантової механіки, і це «десь» якраз і становить іще один новий всесвіт.
Останній запропонований Теґмарком варіант багатосвіту — це той, де існує будь-яка фізична реальність, котру можна описати будь-якою зв’язною математичною формулою. Уявити таке на практиці важко, бо це вже із царини радше не фізики, а метафізики. Зате попередні три варіанти багатосвіту розширюють обрії теоретичної фізики, але не виходять за її межі. Крім того, якби виявилося, що другий і третій варіанти справді існують, кожна з таких істин вирішила б фундаментальне завдання реальності, яку складно розглядати, якщо вважати доступний нашому погляду Всесвіт єдиним і кінцевим місцем усього буття.
Прихильники теорії про другий варіант багатосвіту вважають, що кожен із всесвітів у ньому виник із чогось на зразок Великого вибуху, як і відомий людству Всесвіт. Визначальною складовою Великого вибуху було явище під назвою інфляція, тобто за дуже короткий проміжок після зародження Всесвіт вельми сильно розширився. Дуже короткий проміжок фізики розуміють як трильйонну трильйонної трильйонної частки секунди від початку. А вельми сильне розширення, швидше за все, як нескінченне значення.
Концепцію інфляції запропонував у 1979 році Алан Ґут. Трохи згодом її розвинув Андрєй Лінде, зробивши припущення про виникнення Всесвіту із, за його визначенням, інфляційного поля. Але якщо з цього поля може постати видимий людству Всесвіт, то чому не можуть виникати інші? А ще в народжених у такий спосіб всесвітах не обов’язково повинні діяти однакові закони фізики. Насправді є серйозна підстава вважати, що закони ті різні.
Читайте також: Антон Цайлінґер: «Наука не може бути мотивована застосуванням винаходу в майбутньому» 
Дослідженням цієї підстави займалися близько десятка років тому кілька фізиків, зокрема Леонард Сасскінд зі Стенфордського університету й королівський астроном, британський астрофізик Мартін Ріс. Вони зауважили, що рівняння теорії струн — найвичерпнішого поки що пояснення організації речовини й енергії в частинки та поля — мають багато можливих розв’язань. Деякі з них вписуються у видиму нам дійсність. Більшість — ні. Але доктор Сасскінд і лорд Ріс вважають, що ці інші розв’язання насправді описують реальність у інших всесвітах.
Така ідея подобається вченим, бо має стосунок до заплутаного питання: чому умови у видимому Всесвіті так добре «підігнані» під потреби людства? Найменша зміна фізичних констант, наприклад інтенсивності електромагнітної взаємодії або сили, яка утримує атомні ядра, — і Всесвіт стане непридатним для існування людини чи якихось подібних форм життя (див. «Зона Золотоволоски»).
Шукаючи відповідь на питання про підлаштованість під потреби людства, хтось апелює до Творця, який зробив усе саме так, щоб забезпечити людям можливість еволюціонувати. Проте якщо всесвітів багато, а закони природи в них варіюються, то ця проблема (а відтак і потреба у прихильному до людини Творці) зникає. Наявність принаймні одного всесвіту зі сприятливими для появи розумного життя умовами більше не сприймається як випадковий збіг щасливих обставин, адже існує безліч інших, де таких умов немає. А будь-яке розумне життя, еволюціонувавши, неминуче помітить, що перебуває у всесвіті, фізичні закони якого ідеально підходять для підтримки його існування.
Відповідь на питання про підлаштованість до потреб людства дають багатосвіти другого типу. А ті, що належать до третього, допомагають розібратися з одним із неоднозначних моментів у фізиці ХХ століття — так званою копенгагенською інтерпретацією квантової теорії. Фактично саме для цього вони й були задумані.
До 1900 року фізики загалом поділяли Всесвіт на частинки та хвилі. На фундаментальному рівні, зокрема, це стосувалося світла (хвилі) й атомів (частинки). Проте в перші десятиріччя ХХ століття стало очевидним, що інколи світлові хвилі поводяться як частинки, а частинки — як хвилі. Цей «корпускулярно-хвильовий дуалізм» — одна з основ квантової механіки й математично описується так званою хвильовою функцією.
Як показав завдяки відомому принципу невизначеності у 1920-ті роки Ервін Шредінґер, хвильова функція імовірнісно описує положення конкретної частинки, а відтак її можливу дальшу поведінку. Є більш і менш імовірні сценарії поведінки, але спостереження свідчить, що відбувається, звісно, лише один. Шредінґер, у співпраці з Нільсом Бором, припустив, що цей наслідок, хоч би який він був, певним чином фіксується в момент спостереження за частинкою. Кажучи науковим сленгом, акт спостереження колапсує хвильову функцію до одного-єдиного наслідку.
Хоча квантову поведінку було відкрито способом вивчення окремих елементарних частинок і світла, вона застосовна до всіх об’єктів незалежно від розміру. Шредінґер проілюстрував це своїм знаменитим уявним експериментом: кіт перебуває в контейнері з предметом, яким можна убити. Той приводять у дію розпадом єдиного радіоактивного атома. Оскільки радіоактивний розпад — це явище, яке підпорядковується хвильовій функції, то кіт відповідно також потрапляє під дію законів квантової механіки. Його хвильова функція перебуває одночасно в живому й мертвому стані аж до моменту, коли контейнер відкриють, кота побачать — і хвильова функція сколапсує до одного із двох можливих варіантів розвитку подій. У той час Бор і Шредінґер обидва працювали в Копенгагені, і місто дало назву їхнім ідеям.
Проте в 1950-ті роки американець Г’ю Еверетт запропонував іншу інтерпретацію. Він зауважив, що хвильовою функцією можна описати сам Всесвіт. На його думку, замість колапсу хвильової функції (частинки, кота в коробці чи навіть цілого Всесвіту) насправді відбуваються всі можливі варіанти, які допускають значення цих функцій. Як наслідок — постійно відбувається багатократне розщеплення всесвіту на дочірні всесвіти, кожен із яких має свою дійсність (кіт мертвий; кіт живий). Проте будь-який спостерігач (чи радше будь-яка майбутня версія того самого спостерігача в одному із цих всесвітів) бачитиме лише один результат. Якщо розглядати процеси із цієї позиції, видаватиметься, що колапс хвильової функції відбувся. Але це не відповідає дійсності.
Життя на кону
В інтелектуальному плані це більш задовільне пояснення, ніж копенгагенська інтерпретація, тому що ніхто не зміг чітко розтлумачити, як саме акт спостереження викликає колапс хвильової функції. Але чи правдиве воно?
У цьому й полягає питання всіх версій теорії багатосвіту. І є кілька думок стосовно того, з якого боку до нього підходити. Наприклад, астрофізик Імперського коледжу в Лондоні Стівен Фіні розмірковує над тим, чи можуть всесвіти в багатосвіті другого типу зіштовхуватися, залишаючи відбитки в просторі один одного, як «склеєні» мильні бульбашки. На його думку, такі відбитки було б помітно на космічному мікрохвильовому фоні, який виник невдовзі після Великого вибуху (див. «Зіткнення світів»), хоча поки що їх не виявлено.
Є ще один експеримент, який хоча й не доводить реальності багатосвіту третього типу, але обов’язково випробує віру експериментатора в нього. Це «квантова російська рулетка», різновид досліду з котом Шредінґера, в якому замість бідолашної тваринки участь бере сам учений. У деяких варіантах майбутнього він загине. В інших залишиться живий. Але позаяк, на його власну думку, він знатиме лише про останні, то завжди вважатиме, що вижив. Хто хоче спробувати?
© 2011 The Economist Newspaper Limited. All rights reserved
Переклад з оригіналу здійснено «Українським тижнем», оригінал статті опубліковано на www.economist.com