К вопросу о Мультивселенной

Большинство из нас удивятся, узнав, что идея «альтернативных вселенных» - это одно из направлений развития фундаментальной науки, особенно физики. Данное направление возникает из очень разных, порой несопоставимых концепций. Тем не менее, они восходят к сходному определению мультивселенной, пишет Альтернативная наука.

Первая идея, с которой работают ученые, - проблема коллапса волновой функции. До сих пор не решен вопрос измерения в квантовой механике.

Вторая идея - предположение, рожденное космологией: что существовало «до» того, как наша Вселенная начала процесс быстрой инфляции и что существует вне наблюдаемого мира? Методологически мы даже не в состоянии описать проблему, а тем более поставить корректный вопрос и, соответственно, работать в заданном направлении.

Отсюда получается, что определение «параллельных миров» как «альтернативных измерений» выглядит вполне корректно. Термин можно найти в учебниках физики, но с совершенно иной семантикой, чем в научной фантастике.

Эти идеи продуцируют множество гипотез:

• бесконечное количество почти идентичных вселенных;
• конечный набор вселенных, существующих в своих собственных «пузырях»;
• вселенная одна, но измерений множество;
• мы живем в трехмерном пространстве, поэтому в целом картина вселенной нам не доступна.

Встреча с мультивселенной

Было время, когда слово «вселенная» относилось ко всему материальному миру, существованию, но современная космология безвозвратно изменила это понятие. Теперь разрешено говорить и о том, что находится «вне» Вселенной. Фактически воспринимаемый (измеряемый) нами мир может быть лишь небольшой частью гораздо крупного лоскутного одеяла.

Как заявил космолог Пол Дэвис, одна из самых опасных вещей в концепции «мультивселенной» - стопки миров, расположенных рядом друг с другом, - то, что научная концепция граничит с мистицизмом. Именно этот аспект является серьезной проблемой. Даже многие сторонники этой гипотетезы сомневаются, что она проверяема экспериментально.

Однако чем ближе мы подходим к полной картине, тем соблазнительнее рассмотреть альтернативные версии.

Фред Адамс, американский астрофизик и доцент кафедры физики Мичиганского университета, считает необходимым создание модели параллельных миров только ради доказательства «удобства» пеальности, ее «приспособленности» для жизни?

«Законы физики описываются набором фундаментальных констант, которые в принципе могут принимать разные значения», - поясняет Адамс. - Определение диапазона констант, который позволяет создать рабочую Вселенную, помогает количественно оценить степень, в которой наша Вселенная является особенной - или нет».

Адамс предполагает, что наша версия имеет правильные параметры для поддержки образования структур, звезд, планет и даже биологических систем, однако может существовать множество «пустых» Вселенных, где физические условия не столь благоприятны. С другой стороны, рядом с нами могут быть вселенные, даже более благоприятные для развития таких объектов. Он утверждает о наличии более 10 вариаций, если учитывать те константы, которые нам известны.

Но шансы найти другого «вас» очень малы. Тем более, что законы физики в этих мирах, вероятно, будут радикально отличаться от известных нам. Некоторые физики даже исключают кластеризацию элементарных частиц и образование крупномасштабных тел, таких как звезды и планеты.

Одна из наиболее популярных направлений исследований — понять, как расширяются вселенные и каким образом они сосуществуют. Речь идет о теории инфляционной мультивселенной. Она была представлена Полом Стейнхардтом, профессором института Альберта Эйнштейна в Принстонском университете. Согласно этому подходу, инфляция не заканчивается нашей Вселенной. Инфляция — бесконечный процесс, а все пространство разбито на отдельные «пузыри» или «пятна». Каждый из пузырей может обладать разными физическими законами, как и предлагает Адамс.

Идея вечной инфляции сталкивается с проблемой верификации и, следовательно, оказывается недоказуемой. Впрочем, данное обстоятельство не останавливает сторонников теории, в частности, Алана Гута, утверждающих, что мультивселенная - это просто логическое продолжение того факта, что мы обнаружили только собственную Вселенную.

«Трудно построить модели инфляции, которые не приводят к мультивселенной. Это не невозможно, поэтому я думаю, что, безусловно, необходимо провести исследования», - заметил Гут на пресс-конференции в 2014 году.«Но большинство моделей инфляции действительно приводят к мультивселенной, и доказательства инфляции будут подталкивать нас в этом направлении. серьезно относиться к идее мультивселенной».

Еще одна интересная концепция структуры и мироустройства - это «теория Брейна», американского физика-теоретика, математика и сторонника «струнного» подхода. Здесь речь идет о том, что наша Вселенная, как и все остальные, находятся на огромной мембране, расположенной в более высоком измерении.

Когда эти вселенные движутся вокруг мембраны, они иногда сталкиваются друг с другом. Неровности высвобождают огромное количество энергии, вызывая «большие взрывы» и приводя к рождению новых вселенных.

Теория Грина классифицируется как теория суперструн, гипотетическая концепция, которая лежит в основе всей физики и объединяет квантовую физику и общую теорию относительности, выдвигая идею квантовой гравитации. Но такие теории нуждаются в дополнительном элементе, названным «скрытыми измерениями». Проверить идею, конечно, нельзя, но математически картинка вырисовывается практически идеально.

Нужно немного места

Итак, теория струн предполагает, что фундаментальные частицы представляют собой струнные петли, колеблющиеся в пространстве. «Скрытые измерения» как бы вызывают образы альтернативных вселенных, где понятие физически «нормального» отличается от нашего — реальность относительна.

Одна из захватывающих вещей в теориях суперструн заключается в том, что, в отличие от других концепций в физике, данный класс объяснений способен предсказать количество измерений, которыми обладает платформа пространства-времени, где они расположены.

Вводимая N-размерность требует, чтобы десять измерений были последовательными. Но где они «есть»? Почему мы воспринимаем мир только в четырех измерениях?

Самый простой и понятный способ ответить на этот вопрос - предположить, что дополнительные измерения «свернуты», скрыты внутри трех привычных нам измерениях, и мы о них не знаем. Физики говорят о «сжатии размеров во внутреннем коллекторе», но вот беда — как он устроен, четкого понимания нет.

Впрочем, идея, называемая «компактификацией», появилась еще до теории струн. Впервые она была выдвинута Теодором Калуца и Оскаром Кляйном в 1920-х годах. Они пытались объединить гравитацию и электромагнетизм. По иронии судьбы, теперь мы пытаемся скомпоновать гравитацию и квантовую механику.

Идея в том, что при низких энергиях и масштабе, в котором мы смотрим на Вселенную, пространство кажется трехмерным, и мы осознаем как четырехмерное, совместно со временем. Однако при достаточно высоких энергиях скрытые измерения могут проявлять себя тем или иным образом. Большой адронный коллайдер в помощь. И никаких двойников, как в популярных романах.

Много миров, но..

Устоявшееся правило квантовой физики: что-то всегда находится в том месте, куда вы не смотрите; поэтому вполне уместно, что последняя область физики, которую мы ищем для наших аналогов, - это квантовая область.

N-мирная интерпретация была впервые предложена Хью Эвереттом III в середине 1950-х годов. Тогда безуспешно решалась проблема коллапса волновой функции в квантовой механике. Прошли десятилетия, прежде чем физики начали серьезно относиться к самой постановке вопроса.

А все вытекает из привычного нам стандарта: электроны распространяются как волны, но взаимодействуют с другими системами как частицы, проявляясь как единое пятно на флуоресцентном детекторе. Точно так же, когда дан бинарный выбор, электрон будет проходить через щели как волна, если детектор не размещен не по центру. Попытка определить, через какую щель прошел электрон, заставляет его «выбирать» либо щель A, либо щель B.

Копенгагенская интерпретация квантовой механики предполагает, что этот выбор возникает в результате коллапса волновой функции - волнового поведения, которое разрушается и уступает место частицам. Но что вызывает сам коллапс?

Сценарий N-мира предлагает другой способ решения проблемы коллапса. Согласно этой точки зрения, вместо коллапса волновая функция растет экспоненциально, быстро охватывая исследователей, их лабораторию, планету, галактику, а затем и всю Вселенную.

Следовательно, в то время как по копенгагенской интерпретации электрон проходит либо через щель A, либо через щель B, N-мирный подход утверждает, что электрон проскакивает одновременно через обе щели. Мы е получаем только 1 вариант измерения, связанный с «нашей» вселенной.

Только каждый из разветвляющихся миров имеет свои собственные скрытые измерения, свернутые в клубок, и они несут с собой свою собственную версию мультивселенной, начиная с элементарных частиц.

Верификация

Основная проблема N-мирной интерпретации, как мы уже говорили, - проверяемость теории. Ибо миры не способны взаимодействовать друг с другом.

Технологически это означает помещение макроскопического объекта в квантовую «суперпозицию». В настоящее время это выше наших экспериментальных возможностей, хотя исследователи постоянно находят квантовые эффекты во все более крупных скоплениях атомов.

Поэтому сегодня идея Мультивселенной не поддается проверке. Парадокс в том, что нам нужна новая технология для верификациии, однако она может быть создана только после проверки самой теории.

Какой выход? Наверное, сконцентрироваться на идее скрытых измерений. И экспериментировать — Большой адронный коллайдер и так задает слишком много переменных, которые еще нужно осмыслить.