Как могут выглядеть другие вселенные

Идея Мультивселенной весьма привлекательна, потому что все, что нам нужно сделать, — это предположить, что спонтанное нарушение симметрии происходит беспорядочно. Не нужно делать никаких других предположений. Каждый раз, как какая-либо вселенная выбрасывает бутон другой вселенной, физические постоянные уходят от первоначальных, создавая новые законы физики. Если это действительно так, то в каждой новой вселенной может возникнуть совершенно новая реальность. Но тут возникает потрясающий вопрос: как выглядят эти другие вселенные? Ключом к пониманию физики параллельных вселенных является знание того, как эти вселенные созданы, то есть точное понимание того, как происходит спонтанное нарушение .

Когда происходит спонтанное нарушение и возникает вселенная, это также нарушает симметрию первоначальной теории. Для физика красота — это симметрия и простота. Если теория совершенна, то это означает, что в ней заложена абсолютная симметрия, которая может объяснить множество данных наиболее сжатым и экономичным путем. Точнее, уравнение считается совершенным, если оно остается неизменным, когда мы меняем его члены местами. Залогом обнаружения скрытой в природе симметрии оказывается то, что явления, кажущиеся различными, по сути своей есть проявлениями одного и того же, связаны между собой симметрией. Например, мы можем показать, что электричество и магнетизм в действительности разные аспекты одного и того же явления, поскольку существует симметрия, которая может сделать их взаимозаменяемыми в рамках уравнений Максвелла. Подобным образом Эйнштейн доказал, что теория относительности может превращать пространство во время и наоборот, поскольку они являются частью целого, материи времени-пространства.

Представьте снежинку, в которой мы видим совершенную шестикратную симметрию, источник бесконечного восхищения. Суть красоты снежинки состоит в том, что она не изменяется при повороте снежинки на 60 градусов. Это также означает, что любое уравнение, которое мы составим для описания снежинки, должно отражать тот факт, что она остается неизменной при повороте на количество градусов, кратное 60. Математически мы говорим, что снежинка обладает симметрией $C_6.$

В симметрии закодирована красота природы. Но в действительности сегодня симметрии нарушены. Четыре фундаментальных взаимодействия Вселенной совсем не похожи друг на друга. По сути, Вселенная полна неравномерностей и дефектов; нас окружают обломки и осколки первоначальной фундаментальной симметрии, вдребезги расколотые Большим Взрывом. Таким образом, ключом к пониманию возможных параллельных Вселенных служит понимание «нарушения симметрии» — то есть того, как эти симметрии могли нарушиться после Большого Взрыва. Как сказал Дэвид Гросс: «Секрет природы — симметрия, но значительная часть мировой структуры является следствием нарушения симметрии».

Представьте, что красивое зеркало разбивается на тысячи осколков. Первоначальное зеркало обладало совершенной симметрией. Но когда оно разбилось, первоначальная симметрия оказалась утрачена. Определив, как именно нарушена симметрия, можно понять, как разбилось зеркало.

Нарушение симметрии

Чтобы понять этот факт, задумайтесь о развитии эмбриона. На ранних стадиях, то есть через несколько дней после зачатия, эмбрион — это совершенная сфера, состоящая из клеток. Каждая клетка ничем не отличается от остальных. Сфера выглядит одинаково, с какой бы стороны мы на нее ни взглянули. Физики утверждают, что в этом случае эмбрион обладает симметрией $O(3),$ то есть остается неизменным, по какой бы оси вращения вы его ни поворачивали.

Хотя эмбрион прекрасен и изящен, он довольно бесполезен. Представляя собой совершенную сферу, он не может выполнять какую-либо полезную функцию или взаимодействовать с окружающей средой. Однако со временем эмбрион нарушает эту симметрию: у него развивается крошечная головка и тело, и он становится похожим на кеглю. Хотя изначальная сферическая симметрия нарушена, эмбриону все же присуща остаточная симметрия — он остается неизменным при вращении его вокруг собственной оси. Таким образом, он обладает цилиндрической симметрией. Математически это означает, что первоначальная симметрия $O(З)$ сферы свелась к симметрии $O(2)$ цилиндра.

Однако нарушение симметрии $O(3)$ могло бы происходить иначе. Например, у морской звезды нет ни цилиндрической, ни двусторонней симметрии; вместо этого при нарушении сферической симметрии у нее появляется симметрия $C_5$ (которая остается неизменной при повороте на 72 градуса), что придает ей форму пятиугольной звезды. То есть, то, каким образом нарушается симметрия $O(3),$ определяет форму организма при рождении.

Ученые считают, что Вселенная подобным образом зародилась в состоянии идеальной симметрии, где все взаимодействия были объединены в целое. Вселенная была совершенной, симметричной, но довольно бесполезной. Та жизнь, которая нам известна, не могла бы существовать в этом идеальном состоянии. Чтобы появилась жизнь, при остывании Вселенной ее симметрия должна была нарушиться.

Симметрия и Стандартная модель

Подобным же образом для того, чтобы понять, как выглядят параллельные Вселенные, мы для начала должны понять симметрию сильного, слабого и электромагнитного взаимодействия. Например, сильное взаимодействие основано на трех кварках, которые ученые метят, символически приписывая им «цвета» (например, красный, белый и синий). Мы хотим, чтобы уравнения оставались неизменными, если поменяем местами эти три цветных кварка. Мы говорим, что уравнения обладают симметрией $SU(3),$ то есть они останутся неизменными, если мы перемешаем эти три кварка. Ученые считают, что теория, обладающая симметрией $SU(3),$ представляет наиболее точное описание сильных взаимодействий (называемое «квантовой хромодинамикой»). Если бы у нас был гигантский суперкомпьютер, то только по массам кварков и силе их взаимодействия мы, теоретически, могли бы вычислить все свойства протона и нейтрона и все характеристики ядерной физики.

Пусть у нас есть два лептона — электрон и нейтрино. Если мы поменяем их местами в уравнении, то у нас будет симметрия $SU(2).$ Мы можем добавить свет, группа симметрии которого $U(1).$ (Эта группа симметрии меняет местами между собой различные составляющие, или поляризации света.) Таким образом, группой симметрии слабого и электромагнитного взаимодействия является $SU(2)\times U( 1).$

Если мы просто «склеим» эти три теории, то получим (и это неудивительно) симметрию $SU(3)\times SU(2)\times U(l),$ — иными словами, симметрию, которая отдельно «склеивает» три кварка между собой и отдельно два лептона между собой (но не смешивает кварки и лептоны). В результате получили теорию Стандартной модели — возможно, одной из наиболее успешных теорий в истории человечества. Как утверждает Гордон Кейн из Мичиганского университета: «Все, что происходит в нашем мире (кроме воздействия гравитации), проистекает из взаимодействия частиц согласно Стандартной модели». Некоторые из ее положений были экспериментально проверены в лабораторных условиях и оправдались с точностью до одной стомиллионной. (Вообще, физики, которые собрали вместе составляющие Стандартной модели, получили 20 Нобелевских премий.)

В конце концов, можно было бы построить теорию, объединяющую сильное, слабое и электромагнитное взаимодействие в единую симметрию. Простейшая из теорий Великого Объединения, которая способна на это, меняет местами все пять частиц (три кварка и два лептона) одновременно. В отличие от симметрии Стандартной модели, симметрия Великого Объединения может перемешивать кварки и лептоны (что означает, что протоны могут распадаться и превращаться в электроны). Иными словами, в теории Великого Объединения используется симметрия $SU(5)$ (которая перетасовывает все пять частиц — три кварка и два лептона — между собой). За многие годы было проанализировано много других групп симметрии, но $SU(5),$ видимо, является минимальной группой, которая вписывается в расчетные данные.

Когда происходит спонтанное нарушение, первоначальная симметрия ТВО может разрушиться несколькими путями. В одном случае симметрия ТВО разрушается до $SU(3)\times SU(2)\times U( 1),$ где есть ровно 19 параметров, которые нам необходимы для описания свойств Вселенной. Это описывает свойства известной Вселенной. Однако в действительности есть много различных вариантов разрушения симметрии ТВО. В других вселенных наверняка будет наблюдаться совершенно иная остаточная симметрия. Минимальным различием будут отличные от наших значений 19 параметров. Иными словами, действие различных сил будет различаться в разных вселенных, ведя к огромным изменениям в структуре Вселенной. К примеру, ослабив силу ядерного взаимодействия, можно предотвратить образование звезд, что погрузит Вселенную в вечную тьму и сделает невозможной существование в ней. Если силу ядерного взаимодействия увеличить, то звезды могут израсходовать свое ядерное топливо слишком быстро, чтобы успела зародиться какая-либо жизнь.

Группа симметрии может измениться таким образом, что это станет причиной образования совершенно иной вселенной. В некоторых из таких вселенных протон может оказаться неустойчивым и быстро распасться на позитроны. В таких вселенных невозможна известная нам жизнь, они быстро распадутся в безжизненное облако электронов и нейтрино. В других вселенных распад симметрии ТВО может пойти иным путем — будет больше устойчивых частиц, таких, как протоны. В такой вселенной могло бы существовать огромное разнообразие новых неизвестных химических элементов. Формы жизни в таких вселенных были бы более сложными, чем в нашей, так как там соединения, подобные ДНК, создавались бы из большего количества элементов.

Мы можем также разбить изначальную симметрию ТВО таким образом, что в результате получим несколько симметрии $U(l).$ Это определит существование нескольких форм света, а не одной. Подобная Вселенная действительно была бы удивительной — существа, обитающие в ней, могли бы «видеть», пользуясь не одной, а несколькими силами. В такой Вселенной глаза любого живого существа были бы снабжены большим количеством разнообразных рецепторов для улавливания различных видов излучения, подобных световому. Неудивительно, что существуют сотни, а возможно, бесчисленное множество возможностей разбить эти симметрии на составляющие. В свою очередь, каждое из возможных решений может соответствовать совершенно иной вселенной.

Источник

Существуют ли параллельные вселенные? Десять фактов за

Еще до появления Эверетта и его идеи множественных вселенных, физики оказались в тупике. Им приходилось использовать один набор правил для субатомного мира, который подвластен квантовой механике, и другой набор правил для крупномасштабного повседневного мира, который мы можем видеть и осязать. Сложности перехода от одного масштаба к другому скручивают мозги ученых в причудливые формы.

Возможны ли параллельные вселенные?

Например, в квантовой механике частицы не имеют определенных свойств, пока на них никто не смотрит. Их природа описывается так называемой волновой функцией, включающей все возможные свойства, которые может иметь частица. Но в отдельно взятой вселенной все эти свойства не могут существовать одновременно, поэтому когда вы смотрите на частицу, она принимает одно состояние. Эта идея метафорически изображается в парадоксе с котом Шредингера — когда кот, сидящий в ящике, одновременно жив и мертв, пока вы не откроете коробку для проверки. Ваше действие превращает кота в теплого и живого либо в чучело. Впрочем, и с этим ученые не могут согласиться.

Существование такого удивительно.

В мультивселенной вам не нужно беспокоиться о том, что вы можете убить кошку своим любопытством. Вместо этого всякий раз, когда вы открываете окно, реальность распадается на две версии. Непонятно? Соглашусь. Но где-то там может быть другая версия события, которое только что произошло у вас на глазах. Где-то там оно не произошло.

Осталось выяснить, какие причины нашли ученые, чтобы привязать эту невероятную теорию к фактам.

Реальность может быть бесконечной

Реальность, как эти карты.

Но если космос бесконечен, он должен быть множественной вселенной с бесконечными параллельными реальностями, по мнению Грина. Представьте, что вселенная и все вещество в ней эквивалентны колоде карт. Точно так же, как в колоде 52 карты, будет ровно столько же различных форм вещества. Если перемешивать колоду достаточно долго, в конечном итоге порядок карт повторит изначальный. Аналогичным образом, в бесконечной вселенной вещество в конечном счете повторится и организуется подобным образом. Множественная вселенная, так называемый мультиверс, с бесконечным числом параллельных реальностей содержит похожие, но слегка другие версии всего, что есть, и обеспечивает таким образом простой и удобный способ объяснить повторение.

Как начинается и заканчивается Вселенная

Так может выглядеть конец Вселенной.

Подписывайтесь на наш канал в Яндекс Дзен. Там можно найти много всего интересного, чего нет даже на нашем сайте.

Мультиверс может объяснить все эти вещи. Некоторые физики предполагали, что бесконечные регионы мультиверса можно называть мирами-бранами. Эти браны существуют во множественных измерениях, но мы не можем их обнаружить, поскольку способны воспринимать только три размерности пространства и одну — времени в нашем собственном мире-бране.

Некоторые физики считают, что эти браны как плиты громоздятся вместе, будто нарезанный хлеб в пакете. Большую часть времени они разделены. Но иногда сталкиваются. Теоретически, эти столкновения достаточно катастрофичны, чтобы вызвать повторяющиеся «большие взрывы» — так, чтобы параллельные вселенные начинались заново, снова и снова.

Множественные вселенные могут существовать

Готовы ли вы поверить в существование множественных вселенных?

Ее исследование также привело к возможным свидетельствам существования мультивселенной. В 2010 году группа ученых из Великобритании, Канады и США обнаружила четыре необычных и маловероятных круговых узора в CMB. Ученые предположили, что эти метки могут быть «синяками», которые остались на теле нашей Вселенной после столкновения с другими.

В 2015 году исследователь ЕКА Ранг-Рам Хари сделал аналогичное открытие. Хари взял модель CMB из небесной картинки обсерватории, а затем удалил все остальное, что мы о ней знаем — звезды, газ, межзвездную пыль и так далее. В этот момент небо должно было стать по большей части пустым, не считая фонового шума.

Чтобы не пропустить ничего интересного из мира высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram. Там вы узнаете много нового.

Но не стало. Вместо этого в определенном диапазоне частот Хари смог обнаружить рассеянные пятна на карте космоса, области, которые были примерно в 4500 раз ярче, чем должны были быть. Ученые придумали еще одно возможное объяснение: эти участки — это отпечатки столкновений между нашей Вселенной и параллельной.

Хари считает, что если мы не найдем другой способ объяснить эти отметины, «придется сделать вывод, что Природа, в конце концов, может играть в кости, и мы лишь одна случайная вселенная среди множества других».

Вселенная слишком большая, чтобы исключать возможность существования параллельных реальностей

Во Вселенной может быть что угодно.

Сперва может показаться, что это ловкий риторический трюк, но подумайте о следующем: даже в нашем мире мы нашли много вещей, о существовании которых раньше не подозревали, и эти вещи происходили — глобальный кризис 2008 года является хорошим примером. До него никто не думал, что это вообще возможно. Дэвид Хьюм назвал такого рода события «черными лебедями»: люди будут считать, что все лебеди — белые, пока не увидят черных лебедей.

Масштабы Вселенной позволяют задуматься о возможности существования множественных вселенных. Мы знаем, что вселенная очень и очень большая, возможно, бесконечная в своих размерах. Это значит, что мы не сможем обнаружить все существующее во вселенной. И поскольку ученые определили, что Вселенной примерно 13,8 миллиарда лет, мы можем обнаружить лишь тот свет, который успел дойти до нас за это время. Если параллельная реальность находится дальше, чем за 13,8 светового года от нас, мы можем никогда не узнать о ее существовании, даже существуй она в различимых нами размерностях.

Множественные вселенные имеют смысл с точки зрения атеизма

Множественные Вселенные могут многое объяснить.

Некоторые видят в этом точном равновесии условий доказательство участия всемогущей силы, высшего существа, которое создало все, чем сильно гневят атеистов. Но возможность существования мультиверса, в котором эта сила просто будет в отдельной реальности со всеми необходимыми для жизни факторами, вполне их устраивает.

Как говорил Линде, «для меня реальность множества вселенных логически возможна. Можно сказать: возможно, это некое мистическое совпадение. Возможно, Бог создал Вселенную для нашего блага. Я ничего не знаю о Боге, но вселенная сама по себе могла бы воспроизводить себя бесконечное число раз во всех возможных проявлениях».

Путешественники во времени не могут нарушить историю

И если оно возможно, мы могли бы оказаться в таком же положении, что и главный герой «Назад в будущее» Марти Макфлай — рискуя непреднамеренно изменить что-то в прошлом, тем самым изменив будущее и ход истории. Макфлай случайно помешал своим родителям встретиться и влюбиться, тем самым успешно убрав себя с семейных фотоснимков.

Однако в статье 2015 года было высказано предположение, что существование мультиверса не делает такие хлопоты обязательными. «Существование альтернативных миров означает, что нет и единой хронологии, которую можно нарушить», писал Георг Дворски. Напротив, если человек отправится в прошлое и что-то изменит, он просто создаст новый набор параллельных вселенных.

Мы могли бы быть симуляцией для развитой цивилизации

А что если мы правда всего лишь симуляция?

В 2003 году философ Ник Бостром, директор Института будущего человечества при Оксфордском университете, задался вопросом, может ли все, что мы воспринимаем как реальность — в частности, нашу отдельную параллельную вселенную, — быть просто цифровым моделированием другой вселенной. По Бострому, понадобится 10 36 вычислений, чтобы создать подробную модель всей человеческой истории.

Неплохо развитая инопланетная цивилизация — существа, технологический уровень которых заставит нас выглядеть пещерными жителями палеолита, — вполне могла бы располагать достаточным объемом вычислительной мощности для этого всего. Более того, моделирование каждого отдельно живущего человека не потребует каких-то совсем головокружительных электронных ресурсов, поэтому смоделированных на компьютере существ может быть намного больше реальных.

Все это может означать, что мы живем в цифровом мире, как из фильма «Матрица».

Но что будет, если эта развитая цивилизация сама будет симуляцией?

Люди думали о множественных вселенных с незапамятных времен

Они искали, но тоже ничего не нашли. Или нашли.

И в этом что-то есть. В конце концов, задолго до того, как Хью Эверетт потягивал свой коньяк, множество людей на протяжении всей истории человечества воображали различные версии мультиверса.

Древние индийские религиозные тексты, например, заполнены описаниями множества параллельных вселенных. И у древних греков была философия атомизма, в которой утверждалось, что существует бесконечное множество миров, рассеянных в такой же бесконечной пустоте.

В Средние века также поднимались идеи множественных миров. Парижский епископ в 1277 году утверждал, что греческий философ Аристотель ошибался, говоря, что существует только один возможный мир, потому что это ставит под сомнение всемогущую силу Бога, способного создать параллельные миры. Эту же идею воскресил в 1600-х годах Готфрид Вильгельм Лейбниц, один из столпов научной революции. Он утверждал, что существует много возможных миров, каждый из которых наделен отдельной физикой.

Все это вписывается в нашу схему знаний о Вселенной

Насколько хорошо мы знаем Вселенную?

В 2011 году физики Александр Виленкин и Макс Тегмарк отмечали, что люди западной цивилизации постепенно успокаивались по мере того, как открывали природу реальности. Они начали с мышления, по которому Земля была центром всего. Выяснилось, что это не так, и что наша Солнечная система — лишь крошечная часть Млечного Пути.

Мультивселенная должна довести эту идею до логического конца. Если мультивселенная существует, это значит, что мы не избранные и что существуют бесконечные версии нас самих.

Но некоторые полагают, что мы только в самом начале пути к расширению сознания. Как писал физик-теоретик Стэнфордского университета Леонард Сасскинд, может быть, через пару столетий философы и ученые будут оглядываться назад, на наше время, как на «золотой век, в котором узкая провинциальная концепция Вселенной 20 века сменилась большей и лучшей мультивселенной ошеломляющих пропорций».

Источник