Главная Астрономия Так существует Мультивселенная или это все физика?

Два астрофизика поспорили, существует ли Мультивселенная или нет

Существует ли Мультвселенная? На самом деле это фундаментальный вопрос для современной науки. В зависимости от того, какой ответ будет воспринят научным сообществом, определится будущее физики, астрономии и космологии, передает Альтернативная наука.

Вашему мнению представляется две точки зрения. Первое мнение — Мульивселенная существует — презентует астрофизик, доктор Итан Сигал. Вторую — Мультивселенной нет — отстаивает доктор Адам Франк. Итак: реальна ли Мультивселенная?

Аргументы Итана Сигала

Космическая инфляция и квантовая теория поля описывают ту Вселенную, которую мы видим и знаем. Теория появилась в 1980 году и рассказывает нам о том, что было до горячего Большого взрыва. Считается, что последний создал те физические условия, которые мы фиксируем с помощью различных приборов и наблюдений.

Мы думаем, что до того, как Вселенная наполнилась материей и излучением, она представляла собой некую энергию, неотделимую от ткани пространства. И эта энергия заставляла Вселенную неустанно расширяться, по экспоненте. Однако в какой-то момент инфляция закончилась, превратив "энергию, присущую пространству", в частицы. Так возникла горячая стадия - Большой взрыв.

Поскольку универсум по своей природе имеет квантовую природу, инфляция должна описываться языком квантовой теории поля. Все то, что сопутствует квантовой физике, например, неопределенность Гейзенберга и квантовые флуктуации, должно быть применимо и к инфляции.

Итак, что произойдет, если соединить инфляцию и квантовую теорию поля? Получается ряд предсказаний, многие из которых подтвердились наблюдениями.

Инфляция - движущий механизм ранней Вселенной, а наблюдения сужают круг тех инфляционных моделей, которые остаются жизнеспособными.

Принятие космической инфляции и квантовой теории поля — это прежде всего научный консенсус, "отправная точка" нашего строительства вселенной.

Итан Сигал, астрофизик

Если космическая инфляция и квантовая теория поля верны, то Мультивселенная возникает как неизбежное следствие их объединения.

Проще всего представить инфляцию как шар на вершине очень плоского плато. Шар может медленно катиться в любом направлении, но до тех пор, пока он остается на его вершине, инфляция продолжается. Когда шар скатывается с плато в долину внизу, инфляция заканчивается, переходя во Вселенную, в которой доминируют частицы: материя и излучение, что означает начало горячего Большого взрыва.

Так откуда же взялась Мультивселенная?

Одно из свойств квантовой физики заключается в том, что положение частицы в любой момент времени не детерминировано, а соответствует распределению вероятности. Более того, волновая функция, описывающая это распределение вероятности, распространяется и во времени. Наподобие ряби, которую создает мяч, опущенный в воду.

Теперь самое интересное: у нас есть две вещи, конкурирующие друг с другом. С одной стороны, скорость катящегося шара, а с другой - скорость пульсаций, распространяющихся наружу.

Если мяч катится быстрее, чем распространяется рябь, инфляция заканчивается везде одновременно, остается только одна Вселенная - больше, чем наблюдаемая Вселенная, которую мы можем видеть, но все же конечная по размеру и взаимосвязанности.

Но если пульсации распространяются быстрее, чем катится мяч, то у вас будут регионы, где пульсации "падают" с плато, и в этих регионах возникнет Большой взрыв.

Но у вас также будут регионы, где пульсации приближаются к центру плато, и в этих регионах инфляция продолжится. В итоге возникнут регионы, где инфляция заканчивается, вы получите горячий Большой взрыв, разделенные регионами, где инфляция продолжается.

С течением времени возникнет больше регионов, где инфляция заканчивается и происходит биг-бум, но также все больше регионов, где инфляция продолжается.

Эти области пространства, где заканчивается инфляция и начинается Большой взрыв, каждая по себе являются независимой Вселенной, а вместе они составляют Мультивселенную.

Возможно, мы не сможем измерить другие Вселенные, по крайней мере, пока, но есть все основания ожидать, что если инфляция и квантовая теория поля верны, то Мультивселенная неизбежно существует.

Аргуметы Адама Франка: Мультивселенная (не) существует

Итак, для начала стоит отметить, что критична сама идея Мультивселенной, но не инфляционная космология. Сама по себе инфляция полезна. Проблема возникает, если заставить ее работать — тогда появляется бесконечное число наблюдаемых Вселенных.

Адам Франк, астрофизик

С моей точки зрения, важно понять, что происходит с теорией инфляции - потому что она не является теорией, как, скажем, электромагнетизм или квантовая механика. Это не то, что я бы назвал теорией с большой буквы "Т", имеющей бесконечное количество точек экспериментальной проверки.

Скорее, это класс теорий с большим пространством для маневра. Такая свобода приводит к многочисленным дискуссиям о фальсифицируемости теории, поскольку, независимо от того, какие новые данные будут собраны, всегда найдется версия с новым ограничением.

Инфляция действительно имеет несколько положений, где она согласуется с наблюдениями, например, спектр возмущений, которые распространяются во времени и трансформируются в крупномасштабные космической структуры. Это действительно очень хорошо. Но это далеко не тот вид подтверждения, который мы имеем, скажем, для Стандартной модели физики частиц, которая была проверена многократно.

Это важный момент, потому что инфляция трактуется через физику низких энергий (по сравнению с требуемыми масштабами), положения которой экстраполируются на совершенно другие условия.

Как выглядела Вселенная вскоре после окончания инфляции

Между понятной нам квантовой теорией поля и инфляционными областями пространства-времени существует много порядков. Это одна из причин, почему возникает такое множество разновидностей инфляции.

Мы даже не знаем, какое физическое поле движет инфляцией. Гипотетическая частица называется просто - "инфлатон", и теоретикам предоставляется большая свобода дляопределения ее свойств. Само по себе это не проблема. Спекуляции и экстраполяция - безусловная часть того, чем занимается физика.

Но...

Теория, которую мы понимаем в одном режиме (ускорители частиц с гораздо меньшей энергией), растягивается на совершенно другой режим (10-36 секунды после Большого взрыва). Эта экстраполяция решает некоторые проблемы, но за счет так называемого "онтологического преувеличения".

 

Возможно, что единственный способ, которым работает, - принять бесконечное число вселенных, которые нельзя наблюдать.

Конечно, мы не можем наблюдать, что находится внутри черной дыры; и да, у нас есть темная материя, которую мы не можем увидеть; и да, есть части нашей Вселенной за горизонтом света.

Но в случае с темной материей (если она существует), мы, по крайней мере, можем узнать о ней много нового, основываясь на влиянии, которое она оказывает на светящуюся материю, которую мы можем видеть.

Принятие общей теории относительности не означает принятия идеи, а тем более факта существования мультиверса.

Подводя итог, я бы сказал, что инфляция имеет некоторые привлекательные черты, но она не является тем научным основанием (с точки зрения наблюдения), которое заставляет воспринимать Мультивселенную.

Если это действительно единственный выбор, тогда следует пересмотреть все предположения, которые были заложены в фундамент  предприятия по экстраполяции. Смирение в науке - это хорошо.

Ответ Итана Сигала: Многие предсказания были проверены

Логическая ошибка состоит в следующем: мы не знаем всего, поэтому как мы можем доверять чему-либо?

В любой научной деятельности мы должны быть осторожны в предположениях, выходящих за рамки наблюдаемого и/или проверяемого. При этом мы не должны игнорировать общие предсказания, которые проявляются независимо от сделанных  предположений.

То, что Итан Франк утверждает об инфляции, верно в том смысле, что мы не знаем о ней абсолютно все, включая точные свойства конкретной модели, которая описывает нашу Вселенную.

Однако я бы оспорил утверждение о том, что можно придумать любую модель, которая даст вам любые свойства, поскольку многие предсказания от нее не зависят.

Итак, каковы же независимые от модели предсказания? Вот некоторые из них:

  • Вселенная, разрыхленная флуктуациями, она слабо отличима в космологических масштабах, хотя нельзя сказать, что абсолютно однородна;
  • в том числе в масштабах, где возможны надгоризонтные флуктуации;
  • Вселенная, чьи начальные несовершенства были на 100% адиабатическими (с постоянной энтропией) и на 0% изокривическими (с постоянной кривизной);
  • Вселенная, начальная температура которой в момент Большого взрыва должна была быть на несколько порядков ниже планковской температуры;
  • которая была неотличима от идеально плоской субстанции;
  • и это сопровождается гравитационно-волновым фоном определенного спектра, с неизвестной величиной.

За последние ~40 лет мы проверили эти предсказания на практике и подтвердили первые четыре из них. В настоящее время мы не можем измерить Вселенную, чтобы подтвердить два последних предположения.

Но еще одно предсказание - и да, это предсказание - которое неизбежно вытекает из инфляции, заключается в следующем: если вы создадите модель инфляции, которая согласуется с наблюдениями, в частности, допуская "достаточную" инфляцию, чтобы придать Вселенной те свойства, которые мы наблюдаем, то инфляция окажется бесконечной во времени.

Поскольку разбухающие части пространства растут экспоненциально, а ненадувающейся регионы - гораздо медленнее (по закону мощности), самого пространства всегда больше, чем областей, где инфляция заканчивается, и это раздувающееся пространство разделяет и разгоняет другие регионы.

Как только начинается инфляция, в любой точке Вселенной подобный сценарий становится неизбежным. Вот почему существует Мультивселенная, и почему она является общим предсказанием инфляции.

Квантовая гравитация не спасет нас, поскольку она возникает на гораздо меньших энергетических масштабах, чем те, где она имеет значение.

Более того, апелляция к физике очень высоких энергий не имеет значения, поскольку было показано, что инфляционные свойства не зависят от энергетического масштаба.

Другими словами, да, инфляция дает вам некоторую свободу действий во многих отношениях, но выйти из Мультивселенной нельзя.

Единственный выход - постулировать рамсфельдовское "неизвестное неизвестное", которое спасет и космологию, и физику.

По материалам bigthink.com