Главная Физика Теория струн и физическая реальность мультивселенной

Физик Мичио Каку: теория струн - проводник в мир реальности и мультивселенной

Мичио Каку - один из основателей теории струнного поля. Он является профессором теоретической физики в CUNY и автором книги «Уравнение Бога: в поисках теории всего».

По мнению Мичио Каку, наша Вселенная - одна из многих. Лучший способ понять смысл квантовой механики и способность элементарных частиц существовать в нескольких различных состояниях одновременно - постулировать реальность мультивселенной.

Локальные вселенные могут быть связаны друг с другом посредством червоточин в пространстве-времени, но даже если это не так, теория струн может сделать предсказания, которые проверяются здесь, в нашей вселенной.

Это наиболее математически элегантная и симметричная теория, которой мы располагаем на сегодняшний день, и, по словам Мичио Каку, симметрия является хорошим проводником в реальность. Оригинал интервью здесь.

Как возникла идея мультивселенной?

Идея мультивселенной очень стара. Древние общества верили, что параллельные реальности могут существовать рядом с нашим миром. Даже в "Алисе в Стране чудес" Зазеркалье соединяло сельскую местность Оксфорда со Страной чудес.

Но в 1950-х годах Хью Эверетт ввел понятие мультивселенной для решения проблемы в квантовой теории, когда один и тот же электрон может присутствовать во многих различных состояниях одновременно.

Согласно Эверетту, все дело в том, что электрон, о котором идет речь, может сосуществовать в параллельных реальностях. Поэтому есть лазеры, транзисторы, интернет и все чудеса современной технологии.

Современное общество рухнуло бы, если бы электроны одновременно существовали только в одном состоянии. В квантовой теории волновые функции этих альтернативных реальностей "схлопываются" в одну вселенную, ту, в которой мы живем, когда производится измерение.

Согласно теории струн, мы живем в мире 11 измерений, но ощущаем только четыре

На протяжении десятилетий многие физики испытывали беспокойство по поводу коллапса волновой функции, но экспериментальные успехи теории были неоспоримы.

Эверетт предложил отказаться от идеи коллапса волновой функции, позволив волне постоянно расщепляться, создавая бесконечное число параллельных реальностей. Сегодня с этой идеей знакомы даже герои комиксов Marvel.

Мы склонны думать, что Вселенная содержит все, что существует - все, что можно найти в пространстве и времени.

Как же мы можем понять концепцию мультивселенной - идею о том, что существует множество других вселенных за пределами нашей собственной, за пределами пространства и времени, как мы это знаем? Как может что-то существовать вне пространства и времени?

Нобелевский лауреат Стив Вайнберг однажды объяснил мне это. Представьте себе гостиную, наполненную различными радиоволнами, исходящими от далеких станций. Ваш радиоприемник одновременно настроен только на одну частоту. Он вибрирует или когерентен только с одной радиостанцией, однако вы находитесь в океане различных радиоволн.

Теперь замените радиоволны электронными волнами, и в вашей гостиной появятся волны динозавров, пиратов и инопланетян.

К сожалению, вы не вибрируете с ними в унисон. Вы отделились от них, но их волны сосуществуют с вашими. Таким образом, вы можете существовать одновременно с бесконечным числом параллельных вселенных, но войти в них очень сложно, поскольку вы не вибрируете с ними в унисон.

Теория струн использует эту идею и идет еще дальше. Вместо того, чтобы просто сосуществовать с другими вселенными в вашей гостиной, поскольку вы больше не вибрируете с ними в унисон, согласно теории струн, эти другие вселенные могут находиться в разных измерениях или в разных частях одной и той же вселенной.

Например, червоточина может соединять две параллельные трехмерные вселенные, хотя они разделены четвертым пространственным измерением.

Некоторые люди критикуют теорию струн за то, что она допускает параллельные вселенные. Какая из них наша?

Но все великие теории имеют свою версию этой проблемы. Законы Ньютона допускают бесконечное число решений, в зависимости от начальных условий, в зависимости от того, имеете ли вы дело с шариками, пушечными ядрами, планетами или звездами.

Как и в теории Ньютона, теория струн также может потребовать фиксации начальных условий. Разница лишь в том, что, к сожалению, мы не знаем, какими были начальные условия Большого взрыва.

EVA.UA

Теория струн предполагает, что реальность существует в 11 измерениях, а наша вселенная является четырехмерным объектом внутри ее. Как мы можем понять смысл большего количества измерений, нежели три измерения пространства и одного измерения времени, с которыми мы знакомы? Должны ли мы рассматривать другие измерения как пространственные, или могут существовать дополнительные временные измерения?

Теория струн - единственная физическая теория, которая выбирает собственную размерность. Один из способов объяснения состоит в том, что другие измерения свернулись в маленький шарик, поэтому атомы не могут войти в другие измерения.

То есть мы существуем в гиперпространстве из 11 измерений, с 1 измерением времени и 10 измерениями пространства, тогда как только три из них выживают после того, как другие измерения сворачиваются.

Остается возможность того, что существуют другие вселенные с иным разделением между пространством и временем.

Теория струн может не только предсказать количество измерений вселенной, в которой мы живем, но и представить вселенные, которые сильно отличаются от нашей.

Мультивселенная предполагает, что множество существующих вселенных отделены друг от друга и, как вы утверждаете, каждая из них - свой собственный "пузырь". Какие тогда имеются эмпирические доказательства, подтверждающие их существование? Или по другому: является ли теория струн фальсифицируемой в значении Карла Поппера? Делает ли теория струн предсказания, которые мы можем проверить эмпирически?

Существует несколько способов экспериментально доказать теорию струн:

  • a) Искать темную материю, поскольку теория струн предсказывает, что темная материя, вероятно, является "фотино" или более высокой вибрацией струны. В любой день какой-нибудь детектор частиц может обнаружить столкновение темной материи с протоном, и мы сможем сравнить это столкновение с предсказанием теории струн.
  • б) Запустить на орбиту аппарат LISA, который представляет собой детектор гравитационных волн в космическом пространстве на расстоянии в миллионы км.

Существует небольшая вероятность того, что LISA может обнаружить излучение, возникшее через триллионную долю секунды после момента Большого взрыва. Тогда с помощью теории струн мы сможем "прокрутить видеокассету назад" и вычислить излучение до Большого взрыва, то есть мы сможем экспериментально обнаружить наличие пуповины, соединяющей нашу детскую вселенную с материнской вселенной.

  • в) Ищите отклонения от закона Ньютона об обратном квадрате в лабораторных условиях. Если закон обратного квадрата Ньютона становится законом обратного куба на малых расстояниях, то это сигнал о присутствии вселенной более высокой размерности.
  • г) Ищите отклонения от Стандартной модели. Недавно обнаруженное крошечное отклонение в магнитном моменте мюона указывает на то, что, возможно, существует более высокая теория за пределами Стандартной модели, возможно, теория струн.

Вы считаете математическую элегантность теории струн частью того, что делает ее хорошей теорией, лучшей, чем, скажем, Стандартная модель, которая не так элегантна. Как мы можем быть уверены в том, что красивая математика является путеводителем по реальности?

До сих пор все без исключения великие теории позволяли нам объединить силы природы с помощью симметрии.

  • Специальная теория относительности имеет симметрию, позволяющую нам объединить пространство и время.
  • Общая теория относительности располагает ковариантностью и репараметризацией в пространстве-времени.
  • Стандартная модель имеет симметрию, которая позволяет нам объединить кварки, нейтрино и т.д.

Похоже, это урок природы, симметрия позволяет нам объединить силы природы.

Теория струн имеет самую большую, самую элегантную симметрию, найденную в природе. Все силы природы могут вписаться в нее. Это не доказательство того, что теория струн верна. Это может сделать только эксперимент. Но теория струн, обладая одной симметрией, способна объединить все законы природы. Я нахожу это удивительным.

 

Конечно, есть критики теории струн. Это их право. Но тем, кому не нравится теория струн, я задаю простой вопрос: можете ли вы предложить альтернативу? До сих пор все альтернативы теории струн были признаны несостоятельными.

Они либо расходятся, либо аномальны, либо не соответствуют Стандартной модели. Если бы я был критиком теории струн, я бы потратил 100% своего времени, пытаясь предложить лучшую альтернативу, а не просто критиковал.

Критиковать теорию легко. Найти альтернативу сложно.

Вслед за Эйнштейном, который настаивал, что любая хорошая теория должна быть понятна ребенку, вы утверждали, что наша способность легко визуализировать принципы является качественным показателем хорошей физической теории. Но опять же, вопрос в том, нет ли опасности, что мы просто выбираем теории, которые кажутся нам простыми и привлекательными, тогда как атрибуты не имеют практически никакого отношения к тому, являются ли эти теории на самом деле точным отображением реальности?

Всегда существует опасность, что мы можем лаять не на то дерево, но я считаю, что нам не следует прекращать лаять на неправильное дерево, лучше лаять на большое количество деревьев в надежде найти правильное дерево.

Пока что единственным деревом, которое может объединить общую теорию относительности с квантовой физикой, является теория струн. Поэтому я думаю, что критики теории должны работать над тем, чтобы найти больше деревьев, на которые можно лаять.