Теория множественных вселенных. Где заканчивается наука и начинается вымысел?
Вселенная там, где была всегда и будет всегда. По крайней мере, так нам сказали и так следует из самого слова «Вселенная». Но какой бы ни были истинная природа Вселенной, наша способность собирать о ней информацию фундаментально ограничена. С момента Большого Взрыва прошло 13,8 миллиарда лет, и скорость, с которой путешествует информация — предельная скорость, скорость света — ограничена. Поэтому, хотя вся Вселенная может быть воистину безгранична, наблюдаемая Вселенная — нет.
Больше, чем объектов в космосе только количество рассеждений о них.
Согласно ведущим идеям теоретической физики, наша Вселенная может быть одним небольшим регионом огромных множественных вселенных, которых может быть бесконечно много. Некоторые из этих идей действительно научны, а некоторые — сугубо спекулятивные, выдающие желаемое за действительное. Давайте научимся их разделять. Но сперва немного предыстории.
Существуют ли множественные вселенные?
Современная Вселенная предлагает нам несколько интересных фактов, которые очень легко наблюдать и проверить, во всяком случае, при помощи научных объектов мирового класса. Мы знаем, что Вселенная расширяется: мы можем измерить свойства галактик, узнать их расстояние и скорость удаления от нас. Чем дальше они, тем быстрее удаляются. В контексте общей теории относительности, это означает, что Вселенная расширяется.
Подписывайтесь на наш канал в Яндекс Дзен. Там можно найти много всего интересного, чего нет даже на нашем сайте.
И если Вселенная расширяется сегодня, это означает, что в прошлом она была меньше и плотнее. Если углубиться достаточно далеко в прошлое, можно обнаружить, что она была также более однородной (потому что гравитации потребовалось время, чтобы собрать все по кучкам) и более горячей (потому что меньшие длины волн света означают более высокие энергии и температуры). Это возвращает нас к Большому Взрыву.
Зависимость космоса от времени.
Но Большой Взрыв не был самым началом Вселенной. Мы можем заглянуть в прошлое только до определенного момента во времени, за которым прогнозы Большого Взрыва перестают сбываться. Есть несколько наблюдений вещей во Вселенной, которых Большой Взрыв не объясняет, однако объясняет теория космической инфляции.
В 1980-х годах было разработано довольно много теоретических последствий инфляции, включая:
- как должен выглядеть посев крупномасштабных структур;
- что флуктуации температуры и плотности должны существовать в масштабах, превышающих космический горизонт;
- что все регионы космоса, даже с флуктуациями, должны обладать постоянной энтропией;
- должен быть максимум температуры, достигнутый Большим Взрывом.
В 1990-х, 2000-х и 2010-х эти четыре предсказания были наблюдательно подтверждены с высокой точностью. Космическая инфляция побеждает.
Инфляция говорит нам, что до Большого Взрыва Вселенная не была наполнена частицами, античастицами и излучением. Вместо этого она была наполнена энергией, присущей самому пространству и эта энергия приводила к тому, что пространство расширялось быстро, неумолимо и экспоненциально. В определенный момент инфляция закончилась и вся (или почти вся) эта энергия оказалась преобразованной в материю и энергию, положив начало горячему Большому Взрыву. Конец инфляции положил начало Большому Взрыву. То есть, Большой Взрыв был, но не в самом начале.
Если бы это была полная история, у нас в руках оказалась бы одна чрезвычайно большая Вселенная. Ее свойства были бы везде одинаковыми, законы одни и те же, а части, которые были за пределами видимого горизонта, были бы похожи на то место, где мы находимся, однако назвать их множественными вселенными было бы нельзя.
То есть, нельзя было бы до тех пор, пока вы не вспомните, что все существующее физически должно быть квантовым по природе. Даже инфляция со всеми неизвестными, ее окружающими, должна быть квантовым полем.
Если же вам нужно, чтобы инфляция обладала свойствами квантовых полей:
- в ее свойствах должны быть неопределенности, им присущие;
- поле должно описываться волновой функцией;
- значения поля растягиваются со временем;
тогда вы придете к необычному выводу.
Инфляция не закончилась всюду одновременно, а скорее в отдельных, выбранных, независимых местах, в то время как пространство между ними продолжало раздуваться. Должно быть несколько огромных областей пространства, где инфляция заканчивается и начинается Большой Взрыв, но они никогда не встретятся, потому что разделены регионами раздувающегося пространства. После начала инфляция будет продолжаться гарантированно и бесконечно, по крайней мере, в некоторых местах.
Чтобы не пропустить ничего интересного из мира высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram. Там вы узнаете много нового.
Когда инфляция заканчивается, мы получаем Большой Взрыв. Та часть Вселенной, которую мы наблюдаем, это лишь часть региона, в котором инфляция завершилась, за пределами которого много ненаблюдаемой Вселенной. И существует огромное количество регионов, разделенных между собой, с точно такой же историей.
Такова идея множественных вселенных. Как видите, она основывается на двух независимых, хорошо установленных и широко принятых аспектах теоретической физики: квантовая природа всего и свойства космической инфляции. Не существует никакого способа измерить ее, как нет и способа измерить ненаблюдаемую часть Вселенной. Но эти две теории, которые лежат в ее основе, инфляция и квантовая физика, продемонстрировали свою состоятельность. Если они верны, множественные вселенные будут неизбежным следствием этого, а мы будем в них жить.
И что? Существует множество теоретических последствий, которые неизбежны, но о которых мы не можем знать наверняка, потому что не можем их проверить. Множественные вселенные — одно из таких последствий. Не то чтобы это было полезно, это просто интересное предсказание, которое вытекает из теорий.
Почему же так много физиков-теоретиков пишут работы на тему множественных вселенных? На тему параллельных вселенных и их связей с нашей собственной? Почему они утверждают, что множественные вселенные привязаны к струнам, космологической постоянной и тому факту, что наша Вселенная идеально настроена для жизни?
Да потому что лучше идей у них нет.
В контексте теории струн существует огромный список параметров, которые могут, в принципе, принимать практически любое значение. Эта теория не делает никаких предсказаний для них, поэтому мы вынуждены прикидывать их значения в контексте струнных вакуумов. Если вы слышали о невероятно больших числах, вроде знаменитых 10 500 , которые появляются в теории струн, они отсылают к возможным значениям струнных вакуумов. Мы пока не знаем, что они такое или почему обладают такими значениями. Никто не знает, как их рассчитывать.
Поэтому, вместо того, чтобы говорить: «Это множественные вселенные!», люди думают следующим образом:
- Мы не знаем, почему фундаментальные постоянные обладают такими значениями, которыми обладают.
- Мы не знаем, почему законы физики являются такими, какими являются.
- Теория струн — это рамки, которые могли бы обеспечить наши законы физики нашими фундаментальными постоянными, а также дать нам другие законы или постоянные.
- Следовательно, если у нас будут огромные множественные вселенные, в которых разные регионы будут обладать разными законами и постоянными, один из таковых может быть нашим.
Проблема в том, что все это не только сугубо спекулятивно, но и нет причин, учитывая инфляцию и квантовую физику, полагать, что у раздувающегося пространства-времени разные законы или постоянные в разных регионах.
Не нравится такой подход к рассуждению? Да и никому не нравится.
Заходите в наш специальный Telegram-чат. Там всегда есть с кем обсудить новости из мира высоких технологий.
Как мы уже выяснили, множественные вселенные — это не научная теория сама по себе. Скорее, это теоретическое следствие законов физики в наиболее полном их понимании. Даже если у вас будет инфляционная Вселенная, управляемая квантовой физикой, вы будете к этому привязаны. Но — как и теория струн — она с проблемами: она не предсказывает ничего из того, что мы наблюдали и не смогли объяснить без нее, и она не предсказывает ничего конкретного, на что мы могли бы пойти и взглянуть.
В этой физической Вселенной важно наблюдать все, что мы можем, и собирать по крупицам любое знание, к которому есть доступ. Только из полного набора данных, которые, как мы надеемся, будут верными, можно будет извлечь научные суждения о природе Вселенной. Некоторые из этих выводов будут иметь последствия, которые мы не сможем измерить и доказать: существование множественных вселенных, например. Но когда люди рассуждают о фундаментальных постоянных, о законах физики, о значениях струнных вакуумов, они не занимаются наукой, они просто рассуждают. Можно сколько угодно судачить о множественных вселенных и приводить в пример видные работы таких теоретиков, но делать из этого научный взгляд — нет.
Источник
Существуют ли на самом деле параллельные вселенные?
В 1954 году молодой кандидат в докторантуру Принстонского университета по имени Хью Эверетт III высказал радикальную идею: существуют параллельные вселенные, точно такие же, как наша . Все эти вселенные связаны с нашей; они ответвляются от нашей, и наша Вселенная ответвляется от других. В этих параллельных вселенных наши войны имели бы другие результаты, чем те, которые мы знаем. Вымершие в нашей Вселенной виды эволюционировали и адаптировались в других. В других вселенных мы, люди, возможно, вымерли.
Эта мысль поражает воображение, но все же остается понятной. Представления о параллельных вселенных или измерениях, напоминающих нашу, появились в произведениях научной фантастики и использовались в качестве объяснения метафизики. Но почему молодой подающий надежды физик мог рисковать своей будущей карьерой, выдвигая теорию о параллельных вселенных ?
Своей теорией многих миров Эверетт пытался ответить на довольно неприятный вопрос, связанный с квантовой физикой: почему квантовая материя ведет себя хаотично? Квантовый уровень — наименьший из обнаруженных наукой до сих пор. Изучение квантовой физики началось в 1900 году, когда физик Макс Планк впервые представил эту концепцию научному миру. Исследование излучения Планком привело к необычным открытиям, противоречащим классическим законам физики. Эти данные свидетельствуют о том, что во Вселенной действуют другие законы, работающие на более глубоком уровне, чем тот, который мы знаем.
Принцип неопределенности Гейзенберга
За довольно короткое время физики, изучающие квантовый уровень, заметили некоторые необычные вещи в этом крошечном мире. Во-первых, частицы, существующие на этом уровне, могут произвольно принимать различные формы. Например, ученые наблюдали как фотоны — крошечные пакеты света — действуют как частицы и волны. Даже одиночный фотон демонстрирует это изменение формы [источник: Университет Брауна ]. Представьте, если бы вы выглядели и вели себя как твёрдое человеческое существо, когда друг взглянул на вас, но когда он снова оглянулся, вы приняли газообразную форму.
Это стало известно как принцип неопределенности Гейзенберга . Физик Вернер Гейзенберг предположил, что, просто наблюдая квантовую материю, мы влияем на ее поведение. Таким образом, мы никогда не сможем быть полностью уверены в природе квантового объекта или его атрибутах, таких как скорость и местоположение.
Эта идея поддерживается копенгагенской интерпретацией квантовой механики. Эта интерпретация, предложенная датским физиком Нильсом Бором, гласит, что все квантовые частицы существуют не в том или ином состоянии, а во всех его возможных состояниях одновременно. Сумма возможных состояний квантового объекта называется его волновой функцией . Состояние объекта, существующего сразу во всех возможных состояниях, называется его суперпозицией .
По мнению Бора, когда мы наблюдаем квантовый объект, мы влияем на его поведение. Наблюдение нарушает суперпозицию объекта и, по сути, вынуждает объект выбрать одно состояние из своей волновой функции. Эта теория объясняет, почему физики провели противоположные измерения одного и того же квантового объекта: объект «выбрал» разные состояния во время разных измерений.
Интерпретация Бора была широко принята и до сих пор пользуется поддержкой большей части квантового сообщества. Но в последнее время теория «многомиров» Эверетта привлекает серьезное внимание.
Теория многих миров
Молодой Хью Эверетт согласился со многими из того, что уважаемый физик Нильс Бор предположил о квантовом мире. Он согласился с идеей суперпозиции, а также с понятием волновых функций. Но Эверетт не соглашался с Бором в одном жизненно важном отношении.
Для Эверетта измерение квантового объекта не переводит его в то или иное понятное состояние. Вместо этого измерение квантового объекта вызывает фактическое разделение во Вселенной. Вселенная буквально дублируется, разделяясь на одну вселенную для каждого возможного результата измерения. Например, предположим, что волновая функция объекта — это и частица, и волна. Когда физик измеряет частицу, есть два возможных результата: она будет измеряться либо как частица, либо как волна. Это различие делает теорию многих миров Эверетта конкурентом Копенгагенской интерпретации как объяснения квантовой механики.
Когда физик измеряет объект, Вселенная разделяется на две отдельные вселенные, чтобы учесть каждый из возможных результатов. Итак, ученый из одной вселенной обнаруживает, что объект был измерен в форме волны. Тот же ученый в другой вселенной измеряет объект как частицу. Это также объясняет, как одну частицу можно измерить в более чем одном состоянии.
Как бы тревожно это ни звучало, интерпретация Эверетта о многих мирах имеет последствия, выходящие за рамки квантового уровня. Если действие имеет более одного возможного результата, тогда — если теория Эверетта верна — вселенная разделяется, когда это действие совершается. Это верно даже тогда, когда человек решает не предпринимать никаких действий.
Это означает, что если вы когда-либо оказывались в ситуации, когда смерть была возможным исходом, то во вселенной, параллельной нашей, вы мертвы. Это всего лишь одна из причин, по которой некоторые находят интерпретацию Многих миров тревожной.
Еще один тревожный аспект интерпретации многих миров заключается в том, что она подрывает нашу концепцию времени как линейного . Представьте себе временную шкалу, показывающую историю войны во Вьетнаме. Вместо прямой линии, показывающей прогрессирующие события, временная линия, основанная на интерпретации многих миров, будет показывать каждый возможный результат каждого предпринятого действия. Оттуда каждый возможный результат предпринятых действий (в результате первоначального результата) будет дополнительно записан.
Но человек не может знать о своем другом я — или даже о своей смерти — которые существуют в параллельных вселенных. Так как же мы можем узнать, верна ли теория многих миров? Уверенность в том, что интерпретация теоретически возможна, пришла в конце 1990-х годов из мысленного эксперимента — воображаемого эксперимента, используемого для теоретического доказательства или опровержения идеи — под названием квантовое самоубийство .
Этот мысленный эксперимент возродил интерес к теории Эверетта, которая долгие годы считалась «мусором». Поскольку было доказано, что существование многих миров возможно, физики и математики стремились глубоко исследовать последствия этой теории. Но интерпретация многих миров — не единственная теория, которая пытается объяснить Вселенную. И это не единственное, что предполагает существование вселенных, параллельных нашей.
Параллельные вселенные
Теория многих миров и копенгагенская интерпретация — не единственные конкуренты, пытающиеся объяснить базовый уровень Вселенной. Фактически, квантовая механика даже не единственная область физики, ищущая объяснение. Теории, которые возникли в результате изучения субатомной физики, по-прежнему остаются теориями. Это привело к разделению области исследования во многом так же, как и мир психологии.
С момента развития науки, физики занимались реверсивным проектированием Вселенной — они изучали то, что могли наблюдать, и работали в обратном направлении к все меньшим и меньшим уровням физического мира. Делая это, физики пытаются достичь последнего и самого базового уровня. Они надеются, что именно этот уровень послужит основой для понимания всего остального.
Следуя своей знаменитой Теории относительности , Альберт Эйнштейн провел остаток своей жизни в поисках последнего уровня, который отвечал бы на все физические вопросы. Физики называют эту фантомную теорию Теорией всего . Квантовые физики считают, что они находятся на пути к поиску этой окончательной теории. Но другая область физики считает, что квантовый уровень — не самый маленький уровень, поэтому он не может предоставить Теорию Всего .
Вместо этого эти физики обращаются к теоретическому субквантовому уровню, который называется теорией струн , чтобы получить ответы на все вопросы о жизни. Что удивительно, так это то, что в ходе своих теоретических исследований эти физики, такие как Эверетт, также пришли к выводу, что существуют параллельные вселенные.
Теория струн была основана американским физиком японского происхождения Мичио Каку. Его теория утверждает, что основные строительные блоки всей материи, а также всех физических сил во Вселенной, такие как гравитация, существуют на субквантовом уровне. Эти строительные блоки напоминают крошечные резиновые ленты — или нити — из которых состоят квантовые частицы и, в свою очередь, электроны, атомы, клетки и так далее. Какая именно материя создается струнами и как эта материя ведет себя, зависит от вибрации этих струн. Так устроена вся наша вселенная. И согласно теории струн, эта композиция имеет место в 11 отдельных измерениях.
Как и теория многих миров, теория струн демонстрирует существование параллельных вселенных. Согласно теории, наша собственная Вселенная подобна пузырю, существующему рядом с подобными параллельными вселенными. В отличие от теории многих миров, теория струн предполагает, что эти вселенные могут контактировать друг с другом. Теория струн утверждает, что между этими параллельными вселенными может течь гравитация. Когда эти вселенные взаимодействуют, происходит Большой взрыв, подобный тому, который создал нашу вселенную.
Хотя физикам удалось создать машины, способные обнаруживать квантовую материю, субквантовые струны еще предстоит наблюдать, что делает их — и теорию, на которой они построены, — полностью теоретическими.
Так действительно ли существуют параллельные вселенные? Согласно теории многих миров, мы не можем быть уверены в этом, поскольку не можем их осознавать. Теория струн уже была проверена — с отрицательными результатами. Однако доктор Каку все еще верит, что параллельные измерения существуют [источник: The Guardian ].
Эйнштейн не прожил достаточно долго, чтобы увидеть, как его поиски Теории Всего были подхвачены другими. С другой стороны, если Множественные миры верны, Эйнштейн все еще жив в параллельной вселенной. Возможно, в этой вселенной физики уже нашли Теорию Всего .
Источник