Вселенная, по-видимому, больше той её части, которую мы можем наблюдать. Большой взрыв произошёл конечное время назад, а свет распространяется с конечной скоростью, поэтому существует лишь конечный объём пространства, доступный нашим наблюдениям. В принципе пространство могло бы быть компактным многообразием с размерами, сопоставимыми с размером нашей наблюдаемой области, но нет никаких свидетельств в пользу такой возможности, и кажется вероятным, что пространство простирается гораздо дальше того, что мы видим. Поэтому естественно задаться вопросом: какова Вселенная за пределами наблюдаемой нами части? А есть ли там вообще что-то?

Существуют два основных варианта устройства Вселенной в сверхбольших масштабах, которые стоит различать. Первый — однородность. Наблюдаемая нами Вселенная на больших масштабах приблизительно однородна и изотропна. Простая возможность состоит в том, что эта однородность распространяется на всё пространство целиком, которое при этом может быть как конечным, так и бесконечным. Однако возможен и другой вариант: условия за пределами нашего горизонта со временем начинают существенно отличаться. На более приземлённом уровне это может означать, что средняя плотность вещества или относительные доли обычной материи и тёмной материи меняются от области к области. Более радикально — но в рамках многих идей фундаментальной физики — даже сами локальные законы физики могут выглядеть по-разному в разных регионах: число и массы частиц, формы и силы их взаимодействий или даже число макроскопических пространственных измерений. Ситуация, в которой существует множество таких областей пространства с заметно различающимися локальными условиями, получила название «космологическая мультивселенная», даже если само пространство при этом остаётся связным. (Было бы столь же корректно, хотя и менее поэтично, просто сказать: «вселенная, в которой на сверхбольших масштабах вещи сильно различаются от места к месту».) По ряду причин как космологи, так и учёные из других областей в последние годы уделяют идее космологической мультивселенной большое внимание. В то же время возникла и серьёзная реакция против этой идеи: ряд весьма уважаемых учёных резко возражают против неё, во многом исходя из убеждения, что то, что происходит за пределами Вселенной, которую мы в принципе можем наблюдать, не должно иметь значения. Согласно этой точке зрения, задача науки — объяснять то, что мы наблюдаем, а не строить догадки о том, чего мы не можем наблюдать. Существует реальная опасность, что мультивселенная представляет собой пример воображения, вырвавшегося из-под контроля эмпирических ограничений и не поддающегося проверке традиционными научными методами.

В своей наиболее жёсткой форме это возражение утверждает, что сама идея ненаблюдаемой мультивселенной вообще не должна считаться наукой, часто ссылаясь при этом на тезис Карла Поппера о том, что теория должна быть фальсифицируемой, чтобы считаться научной. В то же время сторонники мультивселенной (и её «соучастника преступления» — антропного принципа) иногда утверждают, что, хотя космологии мультивселенной безусловно относятся к науке, они представляют собой новый тип научного мышления — «глубокий сдвиг парадигмы, который радикально меняет наше понимание природы и открывает новые области возможного научного знания». (Схожие концептуальные вопросы возникают и в других теориях, включая теорию струн и многомировую интерпретацию квантовой механики Эверетта, но для сохранения фокуса я буду обсуждать здесь только космологическую мультивселенную.)

В этом эссе я занимаю взвешенную промежуточную позицию. Модели мультивселенной являются научными в самом обычном смысле слова: они описывают определённые физические ситуации и в конечном счёте оцениваются по их способности объяснять данные наблюдений и экспериментов. Но тот тип науки, к которому они относятся, — это самая обыкновенная наука. Способы, с помощью которых мы оцениваем мультивселенную как научную гипотезу, в точности совпадают с теми, по которым всегда оценивались научные гипотезы. Дело не в том, что мы меняем само понятие науки, допуская в него нефальсифицируемые гипотезы. Дело в том, что «фальсифицируемость» никогда и не была тем критерием, по которому на самом деле судили о научных теориях (хотя учёные нередко говорили так, будто это именно так). В то же время мультивселенная высвечивает ряд интересных и нетривиальных вопросов методологии и эпистемологии науки. Лучшим возможным итогом нынешних споров о мультивселенной и родственных идеях (помимо, разумеется, надежды найти верное описание природы) было бы то, что практикующие учёные придут к более тонкому и более точному пониманию того, как на самом деле устроена научная практика.

Фальсифицируемость и её критики

Фальсифицируемость возникает как ответ на «проблему демаркации» — вопрос о том, что является наукой, а что нет. Этот критерий, введённый Карлом Поппером, утверждает, что по-настоящему научными являются те теории, которые «рискуют», выдвигая конкретные предсказания, проверяемые с помощью «возможных или мыслимых наблюдений». Если теория в принципе может быть опровергнута соответствующими экспериментальными результатами, она считается научной; если нет — не считается. Предполагалось, что такой принцип способен полностью описать логику научного открытия: мы воображаем все возможные фальсифицируемые теории, затем последовательно отбрасываем те, которые оказываются ложными, и то, что остаётся, и есть истина.

Поппер предлагал это как альтернативу интуитивному представлению о том, что научные идеи получают поддержку за счёт их подтверждения. В частности, его беспокоило, что такие теории, как психоанализ Фрейда и Адлера или марксистский исторический анализ, не делают определённых предсказаний: какие бы данные ни поступали — из клинической практики или из истории, — всегда можно было придумать интерпретацию, которая вписывалась бы в рамки теории. Фальсифицируемость задумывалась как средство лишить подобные теории притязаний на научный статус.

На первый взгляд, ситуация с мультивселенной выглядит совсем иначе, чем те случаи, которые непосредственно волновали Поппера. Нет сомнений, что любая конкретная модель мультивселенной делает вполне определённые утверждения о реальности. Такие утверждения в принципе могли бы быть опровергнуты, если допустить в качестве «мыслимых» наблюдений те, что происходят за пределами нашего светового конуса. (На практике мы не можем осуществить такие наблюдения, но можем их вообразить.) Поэтому, какова бы ни была позиция по отношению к мультивселенной, её возможные проблемы имеют совсем иной характер, чем те, которые, по мнению Поппера, были свойственны психоанализу или марксистской историографии.

В более широком смысле фальсифицируемость вообще не работает как решение проблемы демаркации — по причинам, которые подробно обсуждались философами науки. Вопреки романтическому идеалу «решающего эксперимента», который раз и навсегда закрывает вопрос о судьбе теории, реальные научные открытия почти всегда имеют более неоднозначные последствия, по крайней мере на первых порах. Когда было обнаружено, что движения внешних планет отклоняются от расчётов, никто не объявил ньютоновскую гравитацию опровергнутой; вместо этого выдвинули гипотезу о существовании новой планеты, и в итоге был открыт Нептун. Когда нечто подобное произошло с Меркурием, попытались применить тот же приём, но на этот раз правильным оказался совсем другой вывод: ньютоновская гравитация действительно была опровергнута, что стало ясно лишь с появлением общей теории относительности. Когда Эйнштейн понял, что его уравнения предсказывают расширяющуюся или сжимающуюся Вселенную, он без колебаний модифицировал теорию, введя космологическую постоянную, чтобы согласовать её с тогдашним представлением о статичной Вселенной. А когда эксперимент OPERA сообщил о нейтрино, якобы движущихся быстрее света, очень немногие физики сочли, что специальная теория относительности была опровергнута. Отдельные эксперименты редко бывают решающими.

Во всех этих случаях нетрудно понять, почему чрезмерно наивная версия принципа фальсифицируемости не отражает реального хода научного процесса: экспериментальные результаты могут быть ошибочными или неверно истолкованными, а теории — модифицированы так, чтобы лучше согласовываться с данными. В этом и состоит суть дела. Наука развивается как непрерывный диалог между теорией и экспериментом, в поисках наилучшего возможного объяснения, а не путём последовательного «отсечения» опровергнутых теорий одну за другой. (Сам Поппер считал, что марксизм изначально был научной теорией, но со временем стал нефальсифицируемым, по мере того как его предсказания не сбывались.)

Хотя философы науки уже давно отошли от представления о фальсифицируемости как простом решении проблемы демаркации, многие учёные, напротив, с энтузиазмом ухватились за эту идею и даже стали утверждать, что фальсифицируемость является центральным элементом самого определения науки. Как выразился философ Алекс Бродбент, примечательно и показательно, что Поппер остаётся чрезвычайно популярным среди естествоиспытателей, несмотря на почти единодушное согласие философов в том, что — при всей его изобретательности и философской глубине — его ключевые утверждения неверны. Именно такие сложные случаи, как мультивселенная, и требуют от нас большей аккуратности и точности в понимании того, как устроен научный процесс.

Однако наша цель здесь — не в том, чтобы выяснять, что именно говорил или имел в виду Карл Поппер. Даже если самая наивная трактовка критерия фальсифицируемости не позволяет успешно отделить науку от ненауки, в ней всё же есть нечто важное для понимания природы научных теорий. Если мы хотим выработать обоснованную позицию в отношении гипотезы мультивселенной, полезно разобраться в том, что именно ценного содержится в идее фальсифицируемости и как её суть можно адаптировать к реалистичным научным ситуациям.

Фальсифицируемость затрагивает два (из, возможно, многих) важных аспекта науки:

  • Определённость. Хорошая научная теория утверждает нечто конкретное и жёсткое о том, как устроена природа. Нельзя допускать, чтобы любой мыслимый набор фактов можно было объявить совместимым с этой теорией.

  • Эмпиризм. Конечная цель любой теории — объяснять наблюдаемые явления. Ни одну теорию нельзя считать верной лишь на основании её красоты, разумности или иных качеств, которые можно оценить, не вставая с кресла и не обращаясь к реальному миру.

Критерий фальсифицируемости пытается формализовать эти характеристики, требуя, чтобы теория утверждала нечто определённое, что затем можно было бы проверить экспериментально. Мультивселенная — пример теории, которая действительно утверждает нечто конкретное (существование других, удалённых областей пространства с иными условиями), но делает это таким образом, что данное предсказание невозможно проверить напрямую — ни сейчас, ни в будущем. Однако существует принципиальная разница между утверждением «делает конкретное предсказание, но такое, которое мы не можем наблюдать» и утверждением «не имеет никакого объяснительного значения для того, что мы наблюдаем». Даже если сама мультивселенная ненаблюдаема, её существование вполне может влиять на то, как мы объясняем наблюдаемые свойства Вселенной.

Признание такой возможности — важный момент, показывающий, почему наиболее наивное применение критерия фальсифицируемости неадекватно отражает реальную научную практику. Чтобы прояснить, что именно даёт нам идея фальсифицируемости, полезно различать разные смыслы, в которых теория может считаться фальсифицируемой. Уровни фальсифицируемости — от наименее к наиболее строгому — могут включать следующее:

  1. Не существует ни одного мыслимого эмпирического теста — ни в принципе, ни на практике, ни даже в воображении, — который мог бы дать результат, несовместимый с теорией. Именно так Поппер оценивал теории Фрейда, Адлера и Маркса.

  2. Существуют мыслимые тесты, но мы никогда не сможем их осуществить. Такова возможная ситуация с мультивселенной: мы можем представить себе наблюдения за пределами нашего космологического горизонта, но фактически не способны их провести.

  3. Существуют тесты, которые допустимы с точки зрения законов физики, но практически невыполнимы. Мы можем вообразить строительство ускорителя частиц размером с галактику, но ясно, что этого не произойдёт независимо от того, насколько далеко продвинется технология. Аналогично, можно представить себе повторное слияние (рекогеренцию) ветвей волновой функции в интерпретации Эверетта, но характерные времена, ��а которых это возможно, намного превышают возраст Вселенной.

  4. Существуют тесты, которые принципиально выполнимы, но способны проверить лишь ограниченную часть пространства параметров теории. Модели динамической тёмной энергии (в отличие от нединамической космологической постоянной) можно параметризовать скоростью изменения плотности энергии; эту скорость можно всё точнее ограничивать сверху, но всегда остаётся возможность, что реальное изменение меньше любого достигнутого предела, не будучи при этом строго нулевым.

  5. Существуют осуществимые и однозначные тесты, способные опровергнуть теорию. Так, общая теория относительности была бы опровергнута, если бы оказалось, что массивные тела не искривляют траектории проходящего рядом света.

Большинство учёных, вероятно, согласились бы с тем, что теории из категории 1 в практическом смысле нельзя считать научными, тогда как теории из категории 5, безусловно, таковыми являются (по крайней мере с точки зрения проверяемости). Однако цель этого перечня вовсе не в том, чтобы провести чёткую границу между «научными» и «ненаучными» теориями; для реальной научной практики не вполне ясно, какую пользу вообще даёт подобное разграничение. Тем не менее этот список помогает увидеть принципиальную разницу между категорией 1 и категориями 2–5.

Эта разница состоит в том, что любая теория из категорий 2–5 в принципе может оказаться истинной — она может правильно описывать природу, по крайней мере в некотором приближении и в пределах определённой области применимости. Теории же из категории 1, напротив, в действительности не имеют шанса быть истинными: они не проводят различия между тем, что является истинным, и тем, что таковым не является, независимо от возможности их эмпирической проверки. Такие теории однозначно бесполезны для науки. Поэтому было бы ошибкой объединять категории 1–4 в одну группу, противопоставляя её категории 5, и тем самым игнорировать различие между категорией 1 и категориями 2–5. Первое различие — эпистемологическое: оно касается того, насколько трудно установить истинность утверждений теории. Второе же различие — метафизическое: в определённом смысле теории из категории 1 вообще ничего не говорят о мире.

Мультивселенная как общая концепция — области далеко за пределами наблюдаемой части Вселенной, где локальные условия или даже низкоэнергетические законы физики могут быть иными — относится ко второй категории. Вселенная действительно может быть устроена именно так, и в признании этого нет ничего ненаучного. Тот факт, что нам может быть трудно собрать эмпирические свидетельства за или против такой возможности, не меняет того, что она в принципе может быть истинной.

Ещё один способ подчеркнуть, что принципиальная граница проходит между категориями 1 и 2, а не между 4 и 5, состоит в том, чтобы отметить: некоторые конкретные модели мультивселенной фактически попадают в категорию 4, где определённые области пространства параметров допускают прямую фальсификацию. Пока отложим в сторону общую идею «Вселенной, радикально отличающейся за пределами наблюдаемой области», и сосредоточимся на самой популярной сегодня её реализации в космологии — так называемой вечной инфляции ложного вакуума. В рамках этого сценария в области пространства, находящейся в состоянии инфляции, посредством квантового туннелирования возникают «пузыри» с более низкой энергией; эти пузыри расширяются почти со скоростью света и могут содержать внутри себя отдельные «вселенные» с потенциально различными локальными законами физики. Распределение таких пузырей зависит от деталей физики при высоких энергиях — деталей, о которых у нас в настоящее время почти нет надёжных сведений. Тем не менее мы можем параметризовать наше незнание, введя, например, скорость нуклеации пузырей и плотность энергии внутри них.

Если эта скорость достаточно велика, модель делает фальсифицируемое предсказание: существование круговых структур в анизотропии космического микроволнового фона — следов столкновений других пузырей с нашим. Космологи действительно искали такие сигнатуры, что позволило наложить количественные ограничения на параметры моделей вечной инфляции ложного вакуума. Иными словами, эта конкретная версия мультивселенной является безусловно фальсифицируемой при определённых значениях параметров. Было бы странно, если бы научный статус идеи зависел от выбора численных значений её параметров.

Можно было бы возразить, что теории с настраиваемыми параметрами вообще следует считать ненаучными — даже в тех областях параметрического пространства, где они допускают проверку, — поскольку такие теории якобы могут «уворачиваться» от опровержения за счёт подбора параметров. Однако в реальной научной практике мы так не рассуждаем. В приведённом выше примере с тёмной энергией предполагается, что её плотность меняется со временем; если скорость изменения достаточно мала, мы никогда не сможем отличить её от строго постоянной величины. Тем не менее никто не утверждает, что идея динамической тёмной энергии поэтому ненаучна — и не должен утверждать. Вместо этого мы проверяем теорию там, где это возможно, и по мере сжатия допустимого пространства параметров наш интерес к ней постепенно ослабевает.

В конечном счёте вопрос «что считать наукой» менее важен, чем то, как наука реально работает. Наука стремится к истине. Любое предположение о том, как устроен мир, должно подлежать оценке с помощью научных методов — даже если ответом окажется «мы не знаем и, возможно, никогда не узнаем». Исключать возможные способы устройства мира на основании философских предубеждений — значит действовать вопреки самому духу науки. Настоящий вопрос заключается в том, каким образом научная практика должна учитывать подобные возможности.

Абдукция и научное умозаключение

Хотя в настоящее время у нас нет окончательного и полного понимания того, как именно оцениваются научные теории, мы всё же можем продвинуться дальше простого критерия фальсифицируемости. Мультивселенная представляет собой особенно интересный пример для попыток понять, как на самом деле развивается наука. Один из способов осмыслить научный метод — рассматривать его как форму абдукции, то есть вывода к наилучшему объяснению, в отличие от логических процедур дедукции и индукции.

Дедукция рассуждает строго, исходя из заданных аксиом; индукция пытается выявить закономерности на основе повторяющихся наблюдений. Абдукция же, напротив, берёт имеющиеся данные и пытается найти для них наиболее вероятное объяснение. Если вы съели испорченную пищу и знаете, что она обычно вызывает недомогание, то по дедукции можно заключить, что вам, вероятно, станет плохо. Абдукция позволяет рассуждать в обратную сторону: если вам стало плохо и нет других очевидных причин, можно предположить, что вы съели что-то испорченное. Это не логически необходимый вывод, но он является наилучшим объяснением в данном контексте. Наука работает сходным образом.

Отсюда возникает непростой вопрос: что именно делает объяснение «лучшим»? Томас Кун, после выхода своей влиятельной книги Структура научных революций часто воспринимавшийся как релятивист в вопросах научного знания, пытался исправить это впечатление, предложив перечень критериев, которыми учёные на практике руководствуются при сравнении теорий: точность, согласованность, широта охвата, простота и плодотворность. «Точность» — то есть соответствие данным — является лишь одним из этих критериев, но далеко не единственным. Любой практикующий учёный может привести примеры, когда каждый из этих факторов играл решающую роль в пользу той или иной теории.

Однако не существует однозначного алгоритма, который позволил бы, подставив эти критерии, список теорий и набор данных, автоматически получить «лучшую» теорию. То, как мы оцениваем научные теории, неизбежно носит рефлексивный, сложный и человеческий характер. Такова реальнос��ь того, как на самом деле функционирует наука: это вопрос суждения, а не проведения чётких границ между истиной и ложью или между наукой и ненаукой. К счастью, в большинстве случаев накопление свидетельств со временем приводит к тому, что для большинства разумных наблюдателей остаётся лишь одна жизнеспособная теория.

Такой тип абдуктивного рассуждения можно выразить в количественной форме с помощью байесовского вывода. В этом подходе мы рассматриваем исчерпывающий набор теорий Ti (одной из которых может быть и некая «пока неизвестная нам теория») и каждой из них приписываем априорную вероятность того, что она верна, P(Ti). Затем мы получаем новые данные D. Теорема Байеса позволяет вычислить апостериорную вероятность P(Ti | D) — то есть вероятность каждой теории с учётом новых данных — по формуле:

P(Ti | D) = P(D | Ti) × P(Ti) / P(D)

Здесь P(D | Ti) — это вероятность получить данные D при условии, что теория Ti верна, а нормировочный множитель P(D) = сумма по всем i от P(D | Ti) × P(Ti) представляет собой полную вероятность получения этих данных при учёте всех возможных теорий.

Теорема Байеса — это строгое математическое утверждение; при выполнении соответствующих предпосылок она неизбежно верна. Дополнительное, более содержательное утверждение состоит в том, что именно эта теорема корректно описывает то, как мы должны мыслить о степени доверия к научным теориям и о том, как это доверие должно обновляться по мере поступления новой информации.

Роль априорных вероятностей здесь имеет решающее значение. Наши априорные оценки зависят от таких соображений, как критерии Куна (за исключением «точности», которая относится уже к апостериорному уровню). Рассмотрим две теории гравитации. Первая — это точная формулировка общей теории относительности Эйнштейна. Вторая — тоже общая теория относительности, но с дополнительным предположением о том, что в 2100 году гравитационная постоянная внезапно изменит знак, и притяжение превратится в отталкивание. Любой здравомыслящий учёный присвоит этим двум теориям разные степени доверия, хотя эмпирически они подтверждены одинаково хорошо и в равной степени поддаются фальсификации. Вторая теория будет сочтена крайне маловероятной, поскольку она избыточно усложнена и не даёт никакого выигрыша ни в согласованности, ни в объяснительной силе, ни в широте охвата по сравнению с обычной общей теорией относительности.

Как меняется наше отношение к мультивселенной, если перейти от чрезмерно упрощённого критерия фальсифицируемости к подходу, основанному на абдукции и байесовском выводе? Вместо того чтобы просто указывать, что мультивселенная не поддаётся прямому наблюдению (по крайней мере при некоторых значениях параметров) и потому якобы не является наукой, мы должны спросить: может ли сценарий мультивселенной быть наилучшим объяснением тех данных, которые мы действительно наблюдаем? И если да, то какова степень уверенности в этом — выраженная через априорные вероятности, которые затем обновляются по мере поступления новых данных, как это делается для любой другой научной теории.

В такой постановке вопроса становится ясно, что в гипотезе мультивселенной нет ничего принципиально исключит��льного. Это просто одно из возможных описаний природы, которое может быть истинным или ложным, и которому можно приписать некоторую априорную вероятность, подлежащую последующему уточнению. Именно так и произошло в 1998 году, когда наблюдения показали, что Вселенная расширяется с ускорением — факт, наиболее естественно объясняемый существованием ненулевой космологической постоянной (вакуумной энергии). До этого открытия было известно, что космологическая постоянная должна быть намного меньше своего «естественного» планковского значения, но не было ясно, равна ли она строго нулю или просто очень мала. (Для простоты здесь не проводится различие между строго постоянной вакуумной энергией и той или иной формой динамической тёмной энергии.) На этом этапе можно было выделить четыре широких класса теорий космологической постоянной (каждый из которых, в свою очередь, включал бы множество конкретных вариантов):

  1. Существует механизм, который раз и навсегда устанавливает космологическую постоянную равной нулю.

  2. Существует механизм, который устанавливает космологическую постоянную равной некоторому малому, но ненулевому значению.

  3. Не существует никакого механизма, задающего малое значение космологической постоянной, однако по чистой случайности она всё же оказывается малой.

  4. Космологическая постоянная принимает разные значения в разных областях мультивселенной и оказывается малой в нашей наблюдаемой области по антропным причинам. (Если энергия вакуума слишком велика и положительна, галактики никогда не образуются; если она слишком велика и отрицательна, Вселенная быстро коллапсирует. Чтобы существовала сложная структура, величина вакуумной энергии должна быть малой по сравнению с планковским масштабом.)

В сообществе теоретических физиков вариант 3) пользовался (и пользуется) крайне слабой поддержкой, а до 1998 года значительная априорная вероятность приписывалась варианту 1). Причина, по которой варианту 1) отдавалось предпочтение перед вариантом 2), заключалась в следующем: трудно представить себе механизм, который устанавливал бы значение вакуумной энергии просто «очень маленьким», но не нулевым. Зато куда легче вообразить механизм, который полностью обнуляет космологическую постоянную — например, за счёт некоторой неизвестной симметрии. Гораздо труднее представить себе механизм, который подбирает её значение так, чтобы оно оказалось чуть ниже наблюдательного порога, но не намного меньше.

В статье 1987 года Стивен Вайнберг утверждал, что в рамках сценария мультивселенной (пункт 4) мы, напротив, должны ожидать ненулевое значение космологической постоянной, близкое к наблюдаемым пределам того времени. Иными словами, вероятность наблюдать ненулевую космологическую постоянную была бы сравнительно высокой при сценарии 4) (и, вероятно, также при сценарии 3, хотя он изначально считался маловероятным), несколько меньшей — при сценарии 2), и практически нулевой — при сценарии 1).

Спустя десять лет, когда появились убедительные данные об ускоренном расширении Вселенной, учёные вполне закономерно пересмотрели вероятности, которые они приписывали этим теоретическим вариантам. Согласно теореме Байеса, обнаружение ненулевой космологической постоянной уменьшило степень доверия к популярной ранее теории 1) и одновременно повысило доверие к другим вариантам. В частности, этот экспериментальный результат напрямую привёл к росту доверия физиков к гипотезе мультивселенной (вариант 4). Мы не наблюдали другие вселенные непосредственно, но мы наблюдали нечто в нашей собственной Вселенной, что повысило вероятность того, что именно мультивселенная даёт наилучшее объяснение увиденному. Таким образом, мультивселенная — это вполне обычный случай научного рассуждения: мы оцениваем её правдоподобие на основании того, насколько хорошо она объясняет наблюдаемые данные.

Однако не только появление новых эмпирических фактов может менять нашу степень уверенности в той или иной теории. История с мультивселенной показывает, что улучшение нашего понимания — равно как и прямые наблюдения — тоже может служить «данными» в байесовском смысле. Дэвид Дауд, рассуждая в контексте теории струн, обращал внимание на роль факторов, выходящих за рамки простого соответствия данным. Он использовал термин «неэмпирическое подтверждение», который, впрочем, вызвал определённые трудности в научном сообществе. В эпистемологии «подтверждение» означает любое соображение, повышающее степень доверия к теории; оно вовсе не тождественно повседневному понятию «доказательства». Более того, выражение «неэмпирическое» тоже может вводить в заблуждение, поскольку такие соображения никогда не заменяют эмпирические данные, а лишь дополняют их.

Тем не менее очевидно, что на наши убеждения в отношении научных теорий влияет не только получение новых экспериментальных данных. Выбор априорных вероятностей — лишь один из примеров. Существенную роль играет и более глубокое понимание самой теории, чем и занимаются теоретики. Когда Эйнштейн вычислил прецессию орбиты Меркурия в рамках общей теории относительности и обнаружил, что она точно воспроизводит известное отклонение от ньютоновской механики, его уверенность в собственной теории, несомненно, значительно возросла — и вполне обоснованно. Никаких новых наблюдательных данных при этом получено не было; параметры орбиты Меркурия были известны и ранее. Изменилось именно теоретическое понимание. Аналогично, когда Герард ’т Хофт показал, что калибровочные теории со спонтанным нарушением симметрии являются перенормируемыми, доверие физиков высоких энергий к таким теориям резко возросло — и тоже не вследствие новых экспериментальных данных, а благодаря более глубокому пониманию самих теорий.

Это примеры достаточно чёткие и относительно бесспорные: в них изменение степени доверия к теории происходит вследствие углубления теоретического понимания. Однако в большинстве случаев такие изменения происходят более постепенно. В случае мультивселенной физики во многом изменили своё отношение к ней потому, что стало ясно: мультивселенная не является просто логической возможностью, вводимой «вручную», а естественным образом возникает как следствие теорий, привлекательных по совершенно иным причинам — прежде всего инфляционной космологии и теории струн. Уже на ранних этапах развития инфляционной космологии было осознано, что инфляция во многих моделях является вечной: начавшись, она в одних областях пространства прекращается, но в других продолжается, порождая регионы с различными физическими свойствами. Теория струн, в свою очередь, первоначально рассматривалась как кандидат на уникальное описание фундаментальных законов природы, но со временем стало ясно, что она допускает огромное множество метастабильных вакуумных состояний, каждое из которых соответствует своему набору низкоэнергетических физических законов. (Примечательно, что это осознание отчасти было вызвано открытием ненулевой космологической постоянной — редкий случай, когда развитие теории струн было стимулировано экспериментальными данными.)

В совокупности эти теории указывают на то, что существование мультивселенной весьма вероятно; соответственно, любой, кто придаёт значительный вес инфляции и теории струн, естественным образом будет придавать значительный вес и гипотезе мультивселенной. И вновь мы видим здесь пример обычного хода научного мышления. Идеи не оцениваются в изоляции: мы всегда спрашиваем, насколько хорошо они согласуются с другими идеями, которые у нас есть основания считать близкими к истине. То, что предсказывает теория, и то, насколько хорошо она сочетается с другими теориями, — вполне законные основания для формирования наших научных убеждений. А более глубокое понимание этих взаимосвязей вполне справедливо считается «данными» в байесовском смысле.

Ничто из сказанного не означает, что подобные соображения могут заменить собой старое доброе эмпирическое доказательство, получаемое с помощью телескопов и микроскопов. Наши априорные оценки различных идей, разумеется, зависят от неэмпирических факторов — таких как элегантность или красота, — и эти факторы могут даже влиять на правдоподобие теорий, если, например, мы обнаруживаем неожиданную внутреннюю стройность уже существующей теории. Но способность объяснять наблюдаемые данные всегда остаётся решающим критерием, которому должна удовлетворять любая научная теория.

Наша уверенность в общей теории относительности возросла благодаря вычислениям, выполненным Эйнштейном «на бумаге», однако сила этих вычислений заключалась в том, что они позволили объяснить реально наблюдаемое явление — прецессию перигелия Меркурия. Точно так же многие физики усилили своё доверие к гипотезе мультивселенной, осознав, что она вытекает из инфляционной космологии и теории струн; но и инфляция, и теория струн представляют интерес прежде всего потому, что претендуют на объяснение наблюдаемых особенностей реального мира — крупномасштабной структуры Вселенной, существования гравитации и калибровочных взаимодействий.

Корректное понимание множества факторов, влияющих на нашу степень доверия к научным гипотезам, ни в коем случае не является отказом от эмпиризма. Напротив, это признание того, как на самом деле функционирует наука.

Неизбежно ненаблюдаемое

Наилучшей причиной считать мультивселенную полноценной научной теорией является то, что у нас попросту нет иного выбора. Это справедливо для любой гипотезы, удовлетворяющей двум условиям:

  1. она может оказаться истинной;

  2. от того, истинна она или нет, зависит то, как мы интерпретируем наблюдаемые явления.

Рассмотрим показательный пример — попытку решить проблему космологической постоянной, то есть понять, почему наблюдаемая плотность вакуумной энергии столь мала по сравнению с тем значением, которое естественным образом ожидалось бы на планковском масштабе. Поскольку в настоящее время у нас нет ответа, возможно, что существует некий динамический механизм, который ещё предстоит открыть и который связывает наблюдаемую космологическую постоянную с другими измеряемыми константами природы простой формулой. А возможно, никакого такого механизма не существует вовсе.

Работая над этой проблемой, теоретик не может уделять одинаковое внимание всем возможным идеям — их слишком много. Поэтому он опирается на научную интуицию, накопленный опыт и общее понимание физики, чтобы направлять свои усилия в наиболее перспективные стороны. В этом контексте вопрос о существовании мультивселенной, в которой космологическая постоянная принимает различные значения в разных областях, становится принципиально важным. Если такая мультивселенная существует, то необходимость в поиске уникального динамического механизма существенно уменьшается, поскольку такого механизма, по-видимому, просто не может быть: значение вакуумной энергии различается от области к области, а альтернативой выступает антропный отбор. Если же мультивселенной не существует, то, напротив, интерес к поиску единственного динамического механизма резко возрастает.

Поскольку степень нашей уверенности в существовании мультивселенной не может быть ни строго нулевой, ни равной единице, отдельные исследователи неизбежно будут склоняться к разным теоретическим подходам — и это является признаком здорового состояния науки. Однако было бы ошибкой утверждать, что возможность существования мультивселенной не имеет никакого значения для того, как мы подходим к решению данной проблемы.

Вселенная за пределами того, что мы можем наблюдать, может либо простираться однородно и бесконечно, либо состоять из набора различных областей с разными локальными условиями. Поскольку прямые наблюдения не позволяют установить, какой из этих вариантов верен, оба они в равной степени являются «научными». И поскольку от тог��, какой из них реализуется, зависит то, как мы ведём научные исследования, учитывать обе возможности неизбежно. Единственным по-настоящему ненаучным шагом было бы отвергнуть одну из этих гипотез априори, на основании произвольно принятого методологического принципа.

Это, разумеется, не означает, что мультивселенная не ставит перед нами серьёзных проблем. На техническом уровне возникает так называемая проблема меры: если мультивселенная бесконечна, то как определить относительные вероятности различных локальных условий? Скептики иногда утверждают, что если в мультивселенной «происходит всё», то невозможно делать какие-либо вероятностные предсказания. Однако ни одно из этих утверждений не является обязательным следствием. Даже если мультивселенная бесконечна, из этого не следует, что в ней действительно происходит всё; и даже если допустить, что всё происходит, из этого ещё не следует, что не существует правил, определяющих относительные частоты различных событий.

В конце концов, вероятностные теории — такие как статистическая механика или квантовая механика — также требуют введения меры. В космологии было предложено несколько возможных вариантов такой меры. В частности, для инфляционной космологии вполне разумно предполагать, что мера сильно сосредоточена на траекториях, близких к традиционным сценариям одиночной инфляции. Учитывая, что вечная инфляция является типичным свойством реалистичных инфляционных потенциалов, подобное предположение необходимо для того, чтобы вообще иметь возможность интерпретировать космологические наблюдения в терминах параметров инфляции — именно так, как это делают большинство практикующих космологов.

Даже если предположить, что существует корректная мера для мультивселенной, остаётся вопрос: как мы вообще можем это узнать? Трудно представить себе эксперименты, которые могли бы дать прямой ответ. Скорее всего, нам придётся довольствоваться более косвенными формами рассуждений — прежде всего тем, насколько та или иная гипотеза согласуется с остальной совокупностью физических теорий. (Очевидно, что в данном случае речь идёт о понимании квантовой гравитации и происхождения пространства-времени — областях, в которых у нас пока нет завершённой теории, но которая, возможно, появится в будущем.) И хотя такие рассуждения необходимы, они редко бывают окончательными. В терминах байесовского подхода мы можем лишь понемногу повышать или понижать наши априорные вероятности, но исключительно на основе косвенных свидетельств крайне трудно довести их до значений, близких к нулю или единице, то есть к окончательному ответу.

Именно в этом и заключается главная трудность, связанная с идеей мультивселенной. Дело не в том, что она ненаучна или принципиально непроверяема. Проблема в том, что её крайне трудно оценить. Вполне возможно, что даже через сто лет, значительно продвинувшись в понимании квантовой гравитации и инфляционной космологии, мы всё ещё будем считать вероятность существования мультивселенной чем-то вроде 0,2 или 0,8. Но то обстоятельство, что нам, людям, может быть трудно прийти к окончательному выводу, не означает, что сама гипотеза менее серьёзна или менее достойна рассмотрения. Мультивселенная может существовать независимо от того, нравится нам эта идея или нет. И в той мере, в какой она влияет на наше понимание наблюдаемой Вселенной, мы обязаны относиться к ней так же серьёзно, как и к любой другой научной гипотезе.