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
Мультивселенная — физика, философия или что-то еще?
Интерпретация множественных вселенных может решить некоторые нерешенные вопросы в физике, конечно если это правильно.
Идея мультивселенной — или теоретической возможности бесконечных параллельных вселенных, охватывает странный мир между научной фантастикой и правдоподобной гипотезой. Хотя у ученых нет прямых доказательств существования мультивселенной, некоторые теоретические модели предполагают, что мультивселенная может решить некоторые ключевые загадки в физике, например, почему параметры нашей вселенной, включая силу электромагнитной силы между частицами и значение космологического постоянные, имеют значения, которые находятся точно в небольшом диапазоне, необходимом для существования жизни. Возможно, некоторые ученые утверждают, что в одной из версий теории мультивселенной существуют миллиарды других вселенных со всеми различными возможными значениями этих параметров — у нас как раз та, которая имеет правильные значения для жизни.
Но насколько достоверна научная теория, которая не может быть проверена? Ученые постоянно раздвигают границы наших знаний, что включает в себя разработку идей в областях, где данных недостаточно. Тем не менее, такие теории, как мультивселенная, вызвали критику со стороны некоторых ученых, которые предупреждают об опасности спекуляций, выходящей за рамки того, что нам могут сообщить данные.
Это слишком ненаучно?
В известной статье 2014 года в Nature по этой теме ученые Джордж Эллис и Джо Силк предостерегли от того, что они считают тревожным новым направлением в теоретической физике, а именно — принятие, некоторыми, в этой области теорий в случаях, если она элегантна и объясняет достаточно, не нужно проверять экспериментально. Вместо этого они утверждали, что для того, чтобы быть научной, теория должна быть тестируемыми во избежание фальсификации — идея, основанная на многовековой традиции.
«Как мы видим, теоретическая физика рискует стать ничьей землей между математикой, физикой и философией, которая не соответствует ни одному из требований», — заключили Эллис и Силк. Важно отметить, что на карту поставлено доверие к науке. Если физики-теоретики начнут отходить от идей о том, что представляет собой законную научную теорию, они могут повредить авторитету науки, что может иметь катастрофические последствия.
Они продолжали, что некоторые теории о мультивселенной не обладают оснований в достаточной степени, необходимой для придания им законных научных теорий. Например, множественные объяснения, основанные на теории струн, которая сама по себе еще не проверена, не поддаются проверке и являются в основном умозрительными. «На наш взгляд, космологам следует прислушаться к предупреждению математика Дэвида Гильберта: хотя бесконечность необходима для завершения математики, она нигде не встречается в физической вселенной», — заключили они.
Шелк и Эллис, похоже, не согласны не с самим мультивселенной, а с научными теориями, которые невозможно проверить с помощью данных. Эллис сказал Astronomy, что нет никаких препятствий для спекуляций над такими понятиями, как мультивселенная, чтобы увидеть, куда они ведут. Однако «недостатки возникают, когда утверждают, что такие предположения являются проверенными научными теориями», сказал он.
Тестируемые теории Мультивселенной
Но что, если концепция мультивселенной была проверяемой? По словам Ранга-Рам Чари, ученого и менеджера проектов американского центра обработки данных Planck в Калифорнийском технологическом институте, это может быть так. В 2015 году Чери опубликовал исследование в Астрофизическом журнале, в котором подробно описываются странные аномалии космического микроволнового фона (CMB) — остатка излучения после Большого взрыва. Эти отклонения, обнаруженные при анализе данных с телескопа Планка, могут свидетельствовать о «синяках», возникающих при столкновении одной вселенной с другой.
«Думайте об этом как о пузырях в бутылке с газировкой», сказала Чэри Астрономии. «Каждый пузырь — это вселенная. Если бы пузырьки были редкостью, они бы никогда не столкнулись, и мы бы никогда не узнали о существовании другой вселенной. В этом случае поиск мультивселенной — это просто выдумка. Однако, если они не редкость, они могут столкнуться, и мы можем увидеть отпечаток в CMB».
Доказательства этих отпечатков могут быть найдены в данных, упомянутых в исследовании Chary 2015 года. Однако возможно, что наблюдаемые отклонения являются просто аномалией или из-за загрязнения межзвездной среды (вещество между звездами), поэтому Чэри подчеркнул, что необходимы дальнейшие исследования. Тем не менее, идеи Чари о столкновении вселенных привели бы мультивселенную в область проверяемой гипотезы и из области чистого предположения.
На самом деле Чэри отметил, что если мультивселенная была чисто философским вопросом, ее не следует изучать. Например, если предложенные «пузыри» были слишком далеко друг от друга, и ученые не смогли бы получить соответствующие данные, чтобы подтвердить их существование, Чэри говорит, что ученые не должны их изучать. «Природа науки такова: берите данные наблюдений, проверяйте гипотезу и пытайтесь интерпретировать данные в гипотезе», — подчеркнул он. «Здесь мы пытаемся получить абсолютную правду здесь. Мы хотели бы знать, почему наша вселенная такая, какая она есть. Если я не могу взять данные, чтобы ответить на этот вопрос, тогда я должен заняться чем-то другим».
Суть? Большинство ученых, похоже, согласны с тем, что строгая наука должна включать в себя ложные гипотезы, которые могут быть подтверждены или опровергнуты данными. Этот стандарт ничем не отличается для таких понятий, как мультивселенная, и работа, подобная тому, что предлагает Чэри, представляет собой одну модель теории мультивселенной, которая поддается проверке и, следовательно, проверяема.
Тем не менее, по своей природе наука всегда раздвигает границы наших знаний. «В некотором смысле, есть граница, — сказал астроном Джеймс Баллок , профессор физики и астрономии в Калифорнийском университете в Ирвине. «И всегда будет эта нечеткая граница на краю знания, где вещи не заблокированы. И это не значит, что эти занятия не достойны. Вот в чем суть проблемы: мы хотим быть честными в том, что понимаем и не понимаем».
Источник