Текст книги "Журнал «Вокруг Света» №08 за 2009 год"
Автор книги: Вокруг Света Журнал
сообщить о нарушении
Текущая страница: 1 (всего у книги 9 страниц)
Каменные сады океана
В старину кораллы считались особыми существами, соединяющими в себе черты всех трех царств природы – животного, растительного и минерального. В самом деле, коралловый риф похож на причудливые деревья и кусты. Прикоснувшись к ним, кажется, что они каменные. А присмотревшись пристальнее, человек замечает, что вместо листьев или цветов они покрыты неисчислимым множеством крохотных существ, чьи щупальца находятся в постоянном движении, выискивая в воде что-нибудь съедобное. Фото: Massimo Zunino
Обычно, говоря «кораллы», если только речь идет не о драгоценностях, мы имеем в виду так называемые мадрепоровые (каменистые) кораллы – самую большую группу рифовых полипов. Их насчитывается около 2500 видов. Как и все кораллы, мадрепоровые принадлежат к типу кишечнополостных – одному из наиболее просто устроенных среди многоклеточных. Он включает в себя довольно много разнообразных, порой причудливых форм организмов, у которых общая схема строения одинакова: мешок из двух слоев живой ткани, входное отверстие которого снабжено большим или меньшим количеством щупалец. Несмотря на столь простое устройство, многие кишечнополостные обладают довольно эффективными органами чувств и способны к активному плаванию, но только не мадрепоровые кораллы. Они подвижны только на самом раннем этапе своей биографии – на стадии микроскопической личинки, единственной задачей которой является поиск подходящего места для прикрепления. Им может оказаться и камень, и подводная скала, и корпус затонувшего корабля, и мертвые участки уже существующих коралловых зарослей.
Зодчие рифа
Прикрепившись, личинка превращается в маленького полипа, подошва которого тут же начинает формировать скелетную пластинку из углекислого кальция. Толщина пластинки постоянно растет, вверх от нее начинают подыматься скелетные перегородки, разделяющие тело полипа на несколько радиальных секторов. В результате зрелый организм выглядит как тонкая пленочка живой ткани, натянутая на мощный известковый скелет. Среди мадрепоровых кораллов есть и любители одинокой жизни, но подавляющее большинство их колониальные: они селятся вместе, сливаются воедино, образуя те причудливые формы, которые и вызывают наше восхищение. У одних видов они шарообразные, у других – напоминают кусты, у третьих – выглядят как плоские решетчатые плиты, у четвертых – это складчатые поверхности сложной формы, напоминающие не то некоторые наземные грибы, не то абстрактные скульптуры. Есть виды, колонии которых похожи на кочан цветной капусты или человеческий мозг, разделенный длинными извилистыми бороздами. Если приглядеться к такой борозде, то можно заметить, что по ее центру проходит сплошная щель – линия слившихся воедино ртов отдельных полипов, вдоль которой рядами сидят щупальца. У мозговиков (так называют эти кораллы) процесс объединения захватил не только скелеты, но и сами тела полипов. Выделить внутри такой колонии отдельных особей невозможно – она вся представляет единый организм.
Именно колониальным видам мадрепоровых кораллов мы и обязаны существованием знаменитых коралловых рифов. Кажется невероятным, что крохотные (обычно 1—5 миллиметров в диаметре) комочки живой слизи могут создавать столь масштабные, геологического размера структуры. Так, длина Большого Барьерного рифа, протянувшегося вдоль восточного берега Австралии, составляет около 1600 миль (почти 3000 километров), а общая площадь коралловых рифов в Мировом океане достигает 27 миллионов квадратных километров. В создании этих исполинских образований обычно участвуют разные виды кораллов, а также представители других типов сидячих беспозвоночных (прежде всего мшанки) и даже особые известковые водоросли. Но основу рифа всегда составляют именно мадрепоровые кораллы: в их отсутствие никакие другие морские организмы не образуют крупных рифов.
Вверх и в стороны
С давних пор натуралисты различали три основных типа рифов: окаймляющие (береговые), барьерные и атоллы. Окаймляющий риф располагается непосредственно у берега, одним краем примыкая к нему. Барьерный тоже тянется вдоль береговой линии, но между ним и берегом остается довольно глубокий пролив. Самым загадочным выглядит атолл: посреди океана, часто вдали от любых берегов высится риф почти правильной кольцеобразной формы с мелководной лагуной внутри. Часто гребень такого рифа поднимается над поверхностью моря, образуя низкий и узкий остров-кольцо со скудной растительностью. Надводная его часть состоит из кораллового песка – мелких обломков скелетов кораллов, а самая верхняя часть острова покрыта тонким слоем почвы.
Загадку возникновения разных типов коралловых рифов разрешил не кто иной, как Чарлз Дарвин . Он обратил внимание на то, что кораллы могут жить лишь в самом верхнем слое океана: виды, способные к массовому рифообразованию, редко встречаются глубже 50 метров. Излюбленные же их глубины – от 30—40 метров до приповерхностного слоя.
Дарвин рассуждал так. Предположим, с океанского дна поднялся вулканический остров-гора, вершина которого немного возвышается над водой. Ее подводные склоны до известной глубины тут же будут заселены вездесущими личинками кораллов. Разрастаясь, они образуют типичный береговой риф, непосредственно соединенный с островом. Но что будет, если дно в этом месте будет опускаться или начнет подниматься уровень моря? Кораллы будут вынуждены надстраивать свои колонии вверх. Тем временем нижняя часть рифа, оказавшись на слишком большой глубине, будет постепенно отмирать. В невыгодном положении окажется и внутренняя, примыкающая к берегу часть: ведь пищу обитателям рифа приносит океан и внутренним участкам достаются лишь остатки со стола внешних. К тому же внешняя кромка рифа разбивает прибойную волну, что ухудшает снабжение внутренних участков кислородом. Постепенно эта часть рифа становится местом обитания менее прихотливых, но и медленнее растущих видов кораллов. Кромка же рифа растет стремительно: в благоприятных условиях ветвистые кораллы могут давать 20—30 сантиметров прироста в год. По мере отставания роста внутренней части от внешней риф как бы отодвигается от новой береговой линии, тем самым превращаясь из берегового в барьерный. Наконец, если опускание дна зашло так далеко, что бывший остров вовсе исчезает под водой, памятником ему остается атолл – кольцевой коралловый риф с мелководной лагуной внутри.
Понятно, что весь этот процесс в природе никто не наблюдал. Однако, когда ученые получили возможность пробурить скважины на атоллах, оказалось, что под ними лежат многие сотни метров коралловых известняков – спрессованных скелетов предыдущих поколений кораллов. Только на глубинах 600—1400 метров (то есть далеко за пределами пригодных для кораллов глубин) они сменялись вулканическими породами. Возраст последних составлял 25—50 миллионов лет. И все это время над ними непрерывно нарастали все новые и новые слои кораллов.
Жизнь на лезвии бритвы
Такая долговечность рифов кажется удивительной. Дело в том, что кораллы чрезвычайно требовательны не только к глубине. Большинство рифообразующих видов не живут там, где температура воды хотя бы иногда опускается ниже 20 °С. Правда, кораллы Аравийского и Красного морей приспособились переживать кратковременные снижения температуры до 16 °С, но ниже этой отметки гибнут и они. (Известно одно исключение: холодноводный коралл лофохелия, образующий обширные рифы на шельфе Норвегии, причем на предельной для кораллов глубине – почти 200 метров. Но лофохелия никогда не встречается в теплых морях, образуя как бы параллельный тропическим рифам мир.) Однако и подъемы температуры свыше 29 °С кораллы переносят плохо: они болеют и, если перегрев оказывается слишком долгим или регулярным, погибают.
Столь же чувствительны кораллы по отношению к солености воды: больше всего им подходит нормальная океаническая соленость – около 3,5%. Превышение этой величины полипы еще могут выдержать (а красноморские виды постоянно живут в воде соленостью 3,8—4%), но любое, даже самое кратковременное распреснение влечет за собой их немедленную гибель. Некоторые особые виды, обитающие на предельно малых глубинах, во время самых глубоких отливов ненадолго оказываются над поверхностью воды. Они приспособились переносить эту экстремальную ситуацию: у одних видов полипы могут глубоко втягиваться внутрь массивных колоний, у других сама колония имеет форму чаши, внутри которой вода остается и во время отлива. Но если в это время над рифом идет дождь, то он убивает и этих спартанцев. Непереносимость распреснения – одна из причин того, что коралловые рифы никогда не возникают вблизи устья крупной реки. Другая состоит в том, что виды-рифостроители могут жить только в чистой воде. Виды, успешно живущие в заиленных водах, образуют лишь отдельные колонии, не сливающиеся в риф.
С учетом всего сказанного можно только удивляться, как столь капризным созданиям удалось вообще дожить до нашего времени. Однако коралловый риф – не просто множество полипов и их известковых построек, это сложнейшая биологическая система, способная к саморегуляции и восстановлению.
Подводный ковчег
На здоровом рифе коралловые полипы чаще всего окрашены в зеленый или зеленовато-желтый цвет. Эту окраску им придают одноклеточные водоросли зооксантеллы, во множестве живущие прямо внутри тканей прозрачного полипа. Они выполняют роль своего рода «молочного скота», производя в избытке сахара и другие органические вещества, которые поглощаются клетками полипа. Некоторые кораллы (альциониевые) настолько положились на своих квартирантов, что вообще разучились питаться самостоятельно: не реагируют на обычную для полипов пищу (микроскопических планктонных животных), а при длительном пребывании в темноте, где невозможен фотосинтез, погибают. Однако для большинства рифообразующих видов пища, поступающая от зооксантелл, – лишь подкормка. Куда важнее для них то, что водоросли в изобилии производят кислород и поглощают продукты азотистого обмена. Причем то и другое происходит прямо по всему телу полипа, избавляя его от всяческих забот об органах дыхания, выделения и транспорта веществ. Большинство мадрепоровых кораллов могут жить и без зооксантелл, но только в виде отдельных колоний, без образования рифов, в которых бесчисленное множество полипов мгновенно поглотило бы весь кислород и отравило бы себя продуктами собственного метаболизма.
В тропической части Мирового океана, в общем-то бедной биогенными элементами (азотом, фосфором, калием и т. д.), содружество полипов и водорослей оказалось свое образным фильтром, отцеживающим драгоценные вещества из окружающих вод и замыкающим их дальнейший оборот внутри рифа. Это превращает риф в цветущий оазис в океанской пустыне: биологическая продуктивность квадратного метра рифов в 100 раз больше, чем в окружающих водах, и в 4—8 раз больше, чем в морях умеренной зоны. Неудивительно, что в этих райских подводных садах находится место не только их создателям, но и тысячам и десяткам тысяч видов самых разных морских существ: рыб, ракообразных, моллюсков, губок, кольчатых червей, иглокожих… По разнообразию населяющих его видов коралловый риф может сравниться только с дождевым тропическим лесом, среди водных же экосистем он не имеет соперников. Дело не столько в высокой продуктивности рифа, сколько в его сложной структуре, создающей возможности для существования бесчисленного множества экологических ниш. Риф предоставляет и обильную пищу, и многочисленные убежища от хищников, выступая как бы морским детским садом: здесь размножаются и проводят большую часть своего личиночного развития многие обитатели открытого моря – рыбы, головоногие моллюски и ракообразные.
К сожалению, сейчас коралловые рифы переживают не лучшие времена: из самых разных районов мира приходят сообщения об их обесцвечивании , разрушении и гибели. Особенно тяжелые потери понесли кораллы Карибского моря и Мексиканского залива (причем рифы вблизи континентального побережья пострадали сильнее островных). Большие очаги гибели кораллов зафиксированы в Индийском океане, отмечены разрушения на атоллах Океании и Большом Барьерном рифе . Более или менее благополучными остаются, пожалуй, лишь рифы Красного моря, но это не меняет общей тенденции.
Конкретные причины могут быть разными: болезни (в последнее время на пострадавших рифах обнаружено более десятка ранее неизвестных болезней кораллов), разрастание водорослей, препятствующих заселению погибших участков личинками кораллов, нарушение связей в экосистеме рифов в результате перелова отдельных видов и загрязнения океана... Указывается и общая причина: пресловутое глобальное потепление, из-за которого температура воды в тропиках все чаще и чаще переваливает за роковую отметку 29 °С. (Впрочем, большие массивы обесцвеченных кораллов обнаружены на 30-метровой глубине, где температура воды не превышает 23 °С и не подвержена колебаниям.) Во многих странах развернулись исследования причин массовой гибели кораллов, а в некоторых ( США , Австралии , Саудовской Аравии ) уже начаты работы по искусственному выращиванию коралловых колоний. Однако сегодня будущее морских садов остается крайне тревожным.
Борис Значков
Одна Вселенная или множество?
Как выглядит Вселенная на очень больших расстояниях, в областях, недоступных наблюдению? И есть ли предел тому, как далеко мы можем заглянуть? Наш космический горизонт определяется расстоянием до самых далеких объектов, свет которых успел прийти к нам за 14 миллиардов лет с момента Большого взрыва. Из-за ускоренного расширения Вселенной эти объекты сейчас удалены уже на 40 миллиардов световых лет. От более далеких объектов свет к нам еще не дошел. Так что же находится там, за горизонтом? Фото: SPL/EAST NEWS
Одна Вселенная или множество?
Как выглядит Вселенная на очень больших расстояниях, в областях, недоступных наблюдению? И есть ли предел тому, как далеко мы можем заглянуть? Наш космический горизонт определяется расстоянием до самых далеких объектов, свет которых успел прийти к нам за 14 миллиардов лет с момента Большого взрыва. Из-за ускоренного расширения Вселенной эти объекты сейчас удалены уже на 40 миллиардов световых лет. От более далеких объектов свет к нам еще не дошел. Так что же находится там, за горизонтом? До недавнего времени физики давали очень простой ответ на этот вопрос: там все то же самое – такие же галактики, такие же звезды. Но современные достижения в космологии и физике элементарных частиц позволили пересмотреть эти представления. В новой картине мира отдаленные области Вселенной разительно отличаются от того, что мы видим вокруг себя, и могут даже подчиняться иным законам физики.
Новые представления основаны на теории космической инфляции. Попробуем разъяснить ее суть. Начнем с краткого обзора стандартной космологии Большого взрыва, которая была доминирующей теорией до открытия инфляции.
Согласно теории Большого взрыва Вселенная началась с колоссальной катастрофы, которая разразилась около 14 миллиардов лет назад. Большой взрыв случился не в каком-то определенном месте Вселенной, а сразу везде. В то время не было звезд, галактик и даже атомов, и Вселенную заполнял очень горячий плотный и быстро расширяющийся сгусток материи и излучения. Увеличиваясь в размерах, он остывал. Примерно три минуты спустя после Большого взрыва температура снизилась достаточно для формирования атомных ядер, а через полмиллиона лет электроны и ядра объединились в электрически нейтральные атомы и Вселенная стала прозрачна для света. Это позволяет нам сегодня регистрировать свет, испущенный огненным сгустком. Он приходит со всех направлений на небе и называется космическим фоновым излучением.
Первоначально огненный сгусток был почти идеально однородным. Но крошечные неоднородности в нем все-таки были: в некоторых областях плотность была чуть выше, чем в других. Эти неоднородности росли, стягивая своей гравитацией все больше вещества из окружающего пространства, и за миллиарды лет превратились в галактики. И лишь совсем недавно по космическим меркам на сцене появились мы, люди.
В пользу теории Большого взрыва говорит множество наблюдательных данных, не оставляющих сомнений в том, что этот сценарий в основном корректен. Прежде всего мы видим, как далекие галактики разбегаются от нас с очень большими скоростями, что указывает на расширение Вселенной. Также теория Большого взрыва объясняет распространенность во Вселенной легких элементов, таких как гелий и литий. Но самой главной уликой, можно сказать, дымящимся стволом Большого взрыва, служит космическое фоновое излучение – послесвечение первичного огненного шара, до сих пор позволяющее его наблюдать и исследовать. За его изучение присуждены уже две Нобелевские премии.
Итак, мы, похоже, располагаем весьма успешной теорией. И все же она оставляет без ответа некоторые интригующие вопросы, касающиеся начального состояния Вселенной сразу после Большого взрыва. Почему Вселенная была такой горячей? Почему она стала расширяться? Почему она была такой однородной? И, наконец, что было с ней до Большого взрыва?
На все эти вопросы отвечает теория инфляции, которую Алан Гут выдвинул 28 лет назад.
Космическая инфляция
Центральную роль в этой теории играет особая форма материи, называемая ложным вакуумом. В обыденном понимании этого слова вакуум – просто абсолютно пустое пространство. Но для физиков, занимающихся элементарными частицами, вакуум – далеко не полное ничто, а физический объект, обладающий энергией и давлением, который может находиться в различных энергетических состояниях. Физики называют эти состояния разными вакуумами, от их характеристик зависят свойства элементарных частиц, которые могут в них существовать. Связь между частицами и вакуумом подобна связи звуковых волн с веществом, по которому они распространяются: в разных материалах скорость звука неодинакова. Мы живем в очень низкоэнергетическом вакууме, и долгое время физики считали, что энергия нашего вакуума в точности равна нулю. Однако недавно наблюдения показали, что он обладает немного отличной от нуля энергией (она получила название темной энергии).
Распад ложного вакуума
Компьютерная модель вечной инфляции. Ложный вакуум (желтый) расширяется вдвое каждые 10-33 секунд. В областях, где он распался (синие), образовались вселенные, подобные нашей. На границах происходит «большой взрыв».
Фото: А. Виленкин
Современные теории элементарных частиц предсказывают, что помимо нашего вакуума существует ряд других, высокоэнергетических вакуумов, называемых ложными. Наряду с очень высокой энергией ложный вакуум характеризуется большим отрицательным давлением, которое называют натяжением. Это то же самое, что растянуть кусок резины: появляется натяжение – сила, направленная внутрь, которая заставляет резину сжиматься.
Но самое странное свойство ложного вакуума – это его отталкивающая гравитация. Согласно общей теории относительности Эйнштейна гравитационные силы вызываются не только массой (то есть энергией), но также и давлением. Положительное давление вызывает гравитационное притяжение, а отрицательное ведет к отталкиванию. В случае вакуума отталкивающее действие давления превосходит притягивающую силу, связанную с его энергией, и в сумме получается отталкивание. И чем выше энергия вакуума, тем оно сильнее.
А еще ложный вакуум нестабилен и обычно очень быстро распадается, превращаясь в низкоэнергетический вакуум. Избыток энергии идет на порождение огненного сгустка элементарных частиц. Тут важно подчеркнуть, что Алан Гут не изобретал ложный вакуум со столь странными свойствами специально для своей теории. Его существование следует из физики элементарных частиц.
Гут просто предположил, что в самом начале истории Вселенной пространство находилось в состоянии ложного вакуума. Почему так случилось? Хороший вопрос, и тут есть что сказать, но мы вернемся к этому вопросу в конце статьи. А пока предположим вслед за Гутом, что молодая Вселенная была заполнена ложным вакуумом. В таком случае вызываемая им отталкивающая гравитация привела бы к очень быстрому ускоряющемуся расширению Вселенной. При таком типе расширения, который Гут назвал инфляцией, существует характерное время удвоения, за которое размер Вселенной увеличивается в два раза. Это похоже на инфляцию в экономике: если ее темпы постоянны, то цены удваиваются, скажем, за 10 лет. Космологическая инфляция идет намного быстрее, с такой скоростью, что за малую долю секунды крошечная область поперечником меньше атома раздувается до размеров, превышающих наблюдаемую сегодня часть Вселенной.
Поскольку ложный вакуум нестабилен, он в итоге распадется, порождая огненный сгусток, и на этом инфляция заканчивается. Распад ложного вакуума играет в этой теории роль Большого взрыва. С этого момента Вселенная развивается в соответствии с представлениями стандартной космологии Большого взрыва.
От умозрения к теории
Теория инфляции естественным образом объясняет особенности начального состояния, которые прежде казались такими загадочными. Высокая температура возникает из-за высокой энергии ложного вакуума. Расширение связано с отталкивающей гравитацией, которая заставляет ложный вакуум расширяться, а огненный сгусток продолжает расширяться по инерции. Вселенная однородна потому, что ложный вакуум везде имеет строго одинаковую плотность энергии (за исключением малых неоднородностей, которые связаны с квантовыми флуктуациями в ложном вакууме).
Когда теория инфляции впервые была обнародована, ее восприняли лишь как умозрительную гипотезу. Но теперь, спустя 28 лет, она получила впечатляющие наблюдательные подтверждения, большинство из которых связано с космическим фоновым излучением. Спутник WMAP построил карту интенсивности излучения для всего неба и обнаружил, что видимый на ней пятнистый узор находится в безупречном согласии с теорией.
Есть и еще одно предсказание инфляции, состоящее в том, что Вселенная должна быть почти плоской. Согласно общей теории относительности Эйнштейна пространство может быть искривлено, однако теория инфляции предсказывает, что наблюдаемая нами область Вселенной должна с высокой точностью описываться плоской, евклидовой, геометрией. Вообразите искривленную поверхность сферы.
Теперь мысленно увеличьте эту поверхность в огромное число раз. Это как раз то, что случилось со Вселенной во время инфляции. Нам видна лишь крошечная часть этой огромной сферы. И она кажется плоской точно так же, как Земля, когда мы рассматриваем небольшой ее участок. То, что геометрия Вселенной плоская, было проверено путем измерения углов гигантского треугольника размером почти до космического горизонта. Их сумма составила 180 градусов, как и должно быть при плоской, евклидовой, геометрии.
Теперь, когда данные, полученные в наблюдаемой нами области Вселенной, подтвердили теорию инфляции, можно в какой-то степени доверять тому, что она говорит нам о регионах, недоступных для наблюдения. Это возвращает нас к вопросу, с которого мы начали: что лежит за нашим космическим горизонтом?
С появлением теории инфляции Большой взрыв перестал быть единственным уникальным событием. Согласно ей вселенные возникают и расширяются, как пузырьки в бокале шампанского. И таких «бокалов» может быть множество. Фото слева: SPL/EAST NEWS, справа: FOODFOLIO/EAST NEWS
Мир бесконечных двойников
Ответ, который дает теория, довольно неожиданный: хотя в нашей части космоса инфляция закончилась, во Вселенной в целом она продолжается. То там, то здесь в ее толще случаются «большие взрывы», в которых распадается ложный вакуум и возникает область космоса, подобная нашей. Но инфляция никогда не закончится полностью, во всей Вселенной. Дело в том, что распад вакуума – вероятностный процесс, и в разных областях он случается в разное время. Выходит, Большой взрыв не был уникальным событием в нашем прошлом. Множество «взрывов» случилось прежде и несчетное число еще произойдет в будущем. Этот никогда не кончающийся процесс называется вечной инфляцией.
Можно попробовать представить, как бы выглядела инфлирующая Вселенная, если взглянуть на нее со стороны. Пространство было бы заполнено ложным вакуумом и очень быстро расширялось во все стороны. Распад ложного вакуума похож на закипание воды. То там, то здесь спонтанно возникают пузыри низкоэнергетического вакуума. Едва зародившись, пузыри начинают расширяться со скоростью света. Но они очень редко сталкиваются, поскольку пространство между ними расширяется еще быстрее, образуя место для все новых и новых пузырей. Мы живем в одном из них и видим только малую его часть.
К сожалению, путешествия в другие пузыри невозможны. Даже забравшись в космический корабль и двигаясь почти со скоростью света, нам не угнаться за расширяющимися границами нашего пузыря. Так что мы являемся его пленниками. С практической точки зрения каждый пузырь является самодостаточной отдельной вселенной, у которой нет связи с другими пузырями. В ходе вечной инфляции порождается бесконечное число таких пузырей-вселенных.
Но если нельзя добраться до других пузырей-вселенных, как же убедиться, что они действительно существуют? Одна из впечатляющих возможностей – наблюдение за столкновением пузырей. Если бы другой пузырь ударился в наш, это оказало бы заметное воздействие на наблюдаемое космическое фоновое излучение. Проблема, однако, в том, что столкновения пузырей очень редки, и не факт, что такое событие случалось в пределах нашего горизонта.
Удивительный вывод следует из этой картины мира: поскольку число вселенных-пузырей бесконечно и каждая из них неограниченно расширяется, в них будет содержаться бесконечное число областей размером с наш горизонт. У каждой такой области будет своя история. Под «историей» имеется в виду все, что случилось, вплоть до мельчайших событий, таких как столкновение двух атомов. Ключевой момент состоит в том, что число различных историй, которые могут иметь место, – конечно. Как это возможно? Например, я могу подвинуть свой стул на один сантиметр, на полсантиметра, на четверть и так далее: кажется, что уже здесь таится неограниченное число историй, поскольку я могу сдвинуть стул бесконечным числом разных способов на сколь угодно малое расстояние. Однако из-за квантовой неопределенности слишком близкие друг к другу истории принципиально невозможно различить. Таким образом, квантовая механика говорит нам, что число различных историй конечно. С момента Большого взрыва для наблюдаемой нами области оно составляет примерно 10, возведенное в степень 10150. Это невообразимо большое число, но важно подчеркнуть, что оно не бесконечно.
Итак, ограниченное количество историй разворачивается в бесконечном числе областей. Неизбежен вывод, что каждая история повторяется бесконечное число раз. В частности, существует бесконечное число земель с такими же историями, как у нашей. Это значит, что десятки ваших дублей сейчас читают эту фразу. Должны существовать также области, истории которых в чем-то отличаются, реализуя все возможные вариации. Например, есть области, в которых изменена лишь кличка вашей собаки, а есть другие, где по Земле до сих пор ходят динозавры. Хотя, конечно, в большинстве областей нет ничего похожего на нашу Землю: ведь куда больше способов отличаться от нашего космоса, чем быть на него похожим. Эта картина может показаться несколько угнетающей, но ее очень трудно избежать, если признается теория инфляции.
Пузыри мультиверса
До сих пор мы предполагали, что другие вселенные-пузыри похожи между собой по своим физическим свойствам. Но это необязательно должно быть так. Свойства нашего мира определяются набором чисел, называемых фундаментальными постоянными. Среди них Ньютонова гравитационная постоянная, массы элементарных частиц, их электрические заряды и тому подобное. Всего существует около 30 таких констант, и возникает вполне естественный вопрос: почему у них именно такие значения, которые есть? Долгое время физики мечтали, что однажды смогут вывести значения констант из некой фундаментальной теории. Но существенного прогресса на этом пути достигнуто не было.
Если выписать на листок бумаги значения известных фундаментальных постоянных, они покажутся совершенно случайными. Некоторые из них очень малы, другие велики, и за этим набором чисел не просматривается никакого порядка. Однако в них все же была замечена система, хотя и несколько иного рода, чем надеялись обнаружить физики. Значения констант, похоже, тщательно «подобраны» для обеспечения нашего существования. Это наблюдение получило название антропного принципа. Константы будто специально тонко настроены Творцом, чтобы создать подходящую для жизни Вселенную – это как раз то, о чем говорят нам сторонники учения о разумном замысле.
Но существует иная возможность, рисующая совсем другой образ Творца: он произвольным образом порождает множество вселенных, и чисто случайно некоторые из них оказываются пригодными для жизни. Появившиеся в таких редких вселенных разумные наблюдатели обнаруживают чудесную тонкую настройку констант. В этой картине мира, называемой Мультиверсом, большинство пузырей бесплодно, но в них нет никого, кто мог бы на это пожаловаться.
Но как проверить концепцию Мультиверса? Прямые наблюдения ничего не дадут, поскольку мы не можем путешествовать в другие пузыри. Можно, однако, как в криминальном расследовании, найти косвенные улики. Если константы изменяются от одной вселенной к другой, их значения у нас нельзя точно предсказать, но можно сделать вероятностные предсказания. Можно спросить: какие значения обнаружит среднестатистический наблюдатель? Это аналогично попытке предсказать рост первого встречного человека на улице. Вряд ли он окажется гигантом или карликом, поэтому если дать прогноз, что его рост будет где-то около среднего, мы, как правило, не ошибемся. Аналогично и с фундаментальными постоянными: нет оснований думать, что их значения в нашей области космоса очень велики или малы, иными словами, они существенно отличаются от тех, что измерит большинство наблюдателей во Вселенной. Предположение о нашей неисключительности – это важная идея; я назвал ее принципом заурядности.
Этот подход был применен к так называемой космологической постоянной, которая характеризует плотность энергии нашего вакуума. Значение этой постоянной, полученное из астрономических наблюдений, оказалось в хорошем согласии с предсказаниями, основанными на концепции Мультиверса. Это стало первым свидетельством существования там, за горизонтом, поистине колоссальной вечно инфлирующей Вселенной. Это свидетельство, конечно, косвенное, каким только и могло быть. Но если нам посчастливится сделать еще несколько удачных предсказаний, то новую картину мира можно будет признать доказанной за пределами разумных сомнений.
