Вселенная не одна их множество

Множественные вселенные не просто существуют: мы живем в них

Если вы думали, что все ограничивается тем, что мы нашли за космическим горизонтом, готовьтесь передумать.

«Трудно построить модели инфляции, которые не приводят к мультивселенной. Это не невозможно, поэтому я уверен в необходимости проведения дополнительных исследований. Но большинство моделей инфляции действительно ведут к мультивселенной, а доказательства инфляции будут подталкивать нас в направлении серьезного принятия [множественных вселенных]», — сказал однажды Алан Гут, американский физик и космолог, первым предложивший идею инфляции, или космического расширения.

Как вы относитесь к множественным вселенным?

Представьте, что Вселенная, которую мы наблюдаем — от конца до конца, — это просто капля в космическом океане. Что за пределами того, что мы видим, есть больше космоса, больше галактик, больше всего, на бесчисленные миллиарды световых лет дальше, чем мы когда-либо сможем дотянуться. И насколько необозримой может быть Вселенная, настолько же бесчисленным может быть количество похожих на нее вселенных — некоторых больше и старше, некоторых меньше и моложе — рассыпанных по всему пространству-времени. И так же быстро, как расширяются эти вселенные, пространство-время, содержащее их, расширяется еще быстрее, уводит их дальше друг от друга и гарантирует, что никакие две вселенные никогда не встретятся. Похоже на фантастику? Такова научная идея мультивселенных, или множественных вселенных. Но если научный взгляд, который мы сегодня принимаем, верный, эта идея будет не только адекватной, но и неизбежным следствием наших фундаментальных законов, считает физик Итан Зигель.

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

Идея множественных вселенных уходит корнями в физику, необходимую для описания Вселенной, которую мы видим и в которой обитаем сегодня. Повсюду в небе мы наблюдаем звезды и галактики, сгруппированные в большой космической паутине. Но чем дальше в космос мы смотрим, тем дальше назад во времени мы попадаем. Чем дальше галактики, тем они моложе и, следовательно, менее развиты. В их звездах меньше тяжелых элементов, они кажутся меньше, поскольку произошло меньше слияний, больше спиралей и меньше эллипсов (потому что последним требуется время), и так далее. Если мы будем двигаться до пределов видимого, мы обнаружим самые первые звезды во Вселенной, а за ними — область тьмы, в которой остается только один свет: послесвечение Большого Взрыва.

Большой взрыв стал всего лишь началом наблюдаемой вселеной.

Сам Большой Взрыв — который случился 13,8 миллиарда лет назад — не был началом пространства и времени, а скорее началом нашей наблюдаемой Вселенной. До этого была эпоха, известная как космическая инфляция, когда само пространство расширялось экспоненциально, наполненное энергией, присущей ткани пространства-времени. Космическая инфляция — это сам по себе пример теории, которая пришла и заменила ту, что была до нее:

Она согласовалась со всеми успехами теории Большого Взрыва и охватывала всю современную космологию.
Она объяснила ряд проблем, которые не мог объяснить Большой Взрыв, включая и то, почему Вселенная была везде одной температуры, почему она пространственно плоская и почему не осталось никаких высокоэнергетических реликтов вроде магнитных монополей.
И она сделала много новых прогнозов, которые можно было протестировать наблюдательно, большинство из которых были подтверждены.

Было, впрочем, и одно следствие, которое предсказала теория инфляции. Мы не знаем, можем ли мы подтвердить его или нет: множественные вселенные.

Инфляция приводит к экспоненциальному расширению пространства, что может очень быстро вылиться к тому, что любое ранее существовавшее искривленное пространство будет казаться плоским

Инфляция приводит к тому, что пространство расширяется по экспоненте. То есть берется что угодно, существовавшее до Большого Взрыва, и становится намного, намного, намного больше, чем было. Пока что это нас устраивает: это объясняет, как мы получили однородную и огромную Вселенную. Когда инфляция заканчивается, Вселенная наполняется материей и излучением, появление которых мы наблюдаем как раскаленный Большой Взрыв. И здесь-то начинаются странности. Чтобы инфляция завершилась, независимо от того, какое квантовое поле за нее отвечает, ей нужно перейти из высокоэнергетического нестабильного состояния в низкоэнергетическое и стабильное. Этот переход и «скатывание» вниз в долину — вот что приводит инфляцию к концу и вызывает Большой Взрыв.

Но независимо от того, какое поле несет ответственность за инфляцию, как и во всех других областях, подчиняющимся законам физики, оно должно быть по своей природе квантовым полем. Как и все квантовые поля, оно описывается волновой функцией, с вероятностью разбегания волны со временем. Если величина поля будет медленно скатываться в долину, квантовое разбегание волновой функции будет быстрее скатывания, означая, что, возможно — даже вероятно, — инфляция постепенно приведет к Большому Взрыва.

Если бы инфляция была квантовым полем, величина поля будет разбегаться со временем, причем разные области пространства будут принимать разные реализации значения поля. Во многих регионах значение поля будет попадать на дно долины, заканчивая инфляцию, но во многих других инфляция будет продолжаться сколько угодно в будущем

Поскольку пространство расширяется с экспоненциальной скоростью во время инфляции, это означает, что с течением времени создается экспоненциально большее число областей пространства. В некоторых областях инфляция будет заканчиваться: там, где поле скатывается в долину. Но в других инфляция будет продолжаться, создавая все больше и больше пространства вокруг каждой области, где заканчивается инфляция. Темп инфляции намного быстрее, чем даже максимальная скорость расширения заполненной материей и энергией Вселенной, поэтому в кратчайшие сроки участки инфляции захватывают все. Согласно механизмам, которые обеспечивают нас достаточной инфляцией для создания Вселенной, которую мы видим, нашу область пространства, где инфляция закончилась, окружает намного больше других областей — где инфляция продолжается или закончилась не сразу.

Инфляция продолжается бесконечно, несмотря на участки, где она завершилась

Именно здесь происходит явление, известное как вечная инфляция. Там, где заканчивается инфляция, рождается Большой Взрыв и Вселенная — вроде той, которую мы и наблюдаем — похожая на нашу собственную. Но там, где инфляция не заканчивается, рождается больше инфляционного пространства, которое дает рост другим регионам, в которых будут большие взрыва, отделенные от нашего, и другим регионам, в которых начинается инфляция.

Насколько большой является наша Вселенная, это лишь небольшая часть от всего, что есть на самом деле

Заходите в наш специальный Telegram-чат. Там всегда есть с кем обсудить новости из мира высоких технологий.

Эта картина огромных вселенных, намного больших, чем скудная часть, которую мы в состоянии наблюдать, постоянно создаваемая раздувающимся пространством, — это и есть мультивселенная. Важно понимать, что мультивселенная не является научной теорией самой по себе. Она не делает прогнозов и наблюдаемых явлений, до которых мы можем дотянуться. Нет, мультивселенная сама по себе является теоретическим прогнозом, который вытекает из законов физики, которые мы вывели на сегодняшний день. Возможно, это даже неизбежное следствие этих законов: если взять инфляционную Вселенную, управляемую квантовой физикой, то получится вот это.

Абстракция многогранности окружающего мира.

Возможно, наше понимание этого состояния, что было до Большого Взрыва, неправильное, и что наши представления об инфляции совершенно неверные. В таком случае существование множественных вселенных не будет окончательным следствием. Но предсказание вечной инфляции, содержащей бесчисленное число карманных вселенных, является прямым следствием наших лучших теорий, если они верны.

Что же такое мультивселенная, в таком случае? Она может выйти за пределы физики и стать первой физической мотивированной «метафизикой», с которой мы когда-либо сталкивались. Впервые мы понимаем границы того, чему может научить нас наша Вселенная. До тех пор мы можем предсказывать, но не сможем ни подтвердить, ни опровергнуть тот факт, что наша Вселенная является лишь одной небольшой частью более обширного царства: мультивселенной.

Источник

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.

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