Если параллельные вселенные существуют, как найти доказательства?
Все может быть не так просто, если мы живем в мультивселенной — то есть кроме нашей вселенной, которую мы зовем родной, существуют многие другие.
Со сценария с физиком и ружьем начинается знаменитый мысленный эксперимент под названием «квантовый суицид», и это один из способов попытаться понять, живем ли мы только в одной из многих (и потенциально бесконечных) вселенных.
Этот мысленный эксперимент опирается на квантовую механику и идею того, что единой объективной реальности не существует. Все, что мы видим вокруг, это лишь одна из возможных конфигураций всех вероятностей того, что произойдет то или иное событие. Одна из интерпретаций квантовой механики заключается в том, что все другие наборы вероятностей могут существовать в своих собственных отдельных вселенных. Так что если вы проследите за мысленным экспериментом, учитывая эту интерпретацию, то когда вы измерите вторую частицу, вселенная разделится на две, в каждой из которых будет свой возможный вариант свершения событий: в котором физик жив и в котором физик умер.
Впрочем, существуют и другие, более разумные версии множественных вселенных, которые подкреплены математикой и потенциально проверяемы.
«Для некоторых людей параллельные вселенные — это как прыжок через портал в другой мир или что-то вроде этого, — говорит Мэтью Джонсон, физик из Института Периметра. — Но это совсем другое».
Фактические наблюдаемые свидетельства существования множественных вселенных будет сложно отыскать, но возможно. И вот как физики планируют это проделать.
Версии мультивселенной
Физик Массачусетского технологического института Макс Тегмарк предлагает разбить теории множественных вселенных на четыре разных типа, чтобы удобно было думать.
Мы сосредоточимся на первом уровне мультивселенных — эти версии проще других понять. На первом уровне у нас также довольно неплохие шансы найти доказательства, которые докажут, что мультивселенная реальна.
Множественные вселенные вытекают из математических прогнозов уже существующих теорий, и мультивселенная первого уровня предсказывается очень уважаемой и весомой идеей в физике: инфляцией.
Что мы подразумеваем под «вселенной»?
Чтобы понять идею множественных вселенных, сначала нужно определить, что мы имеем в виду, когда говорим «вселенная». Наше определение «вселенной» не раз менялось, например, когда мы изобрели первый телескоп, выглянули в космос и узнали, что звезды не крепятся к небу на гвозди, а Земля не одна такая в космосе.
Но Вселенная намного больше, чем мы можем увидеть в телескоп, говорит Джонсон. Наша вселенная представляет лишь сферу света, которому хватило времени, чтобы добраться до нас. Если мы подождем еще миллиард лет, то увидим еще больше и наше понятие вселенной снова перевернется, говорит Тегмарк.
Кто-то, стоящий на планете за триллионы световых лет от нас, будет иметь совершенно другую картину «вселенной», основанную на том, сколько света упало на его планету.
Мы никак не сможем достичь до этих других пузырей вселенных по определению, потому что нет никакого способа двигаться быстрее света. Хотя мы их не видим, физики считают, что следы их рождения все еще могут быть обнаружены.
Где доказательства?
После начала инфляции она никогда полностью не останавливалась. В некоторых областях пространства-времени она останавливается, в них участки пространства превращаются в пузыри вроде той вселенной, которую мы видим вокруг, но в остальных местах космос продолжает расширяться. Если расширение бесконечно, а многие так и полагают, то новые пузыри вселенных образуются постоянно. Остается такой пузырьковый след. Мы дрейфуем через пространство-время в пенном джакузи вселенных.
Опять же, нет никакого способа связаться с другими этими пузырьковыми вселенными, потому что мы не можем двигаться быстрее света. Но теоретически можем доказать, что они существуют. И вот как.
Когда наша пузырьковая вселенная образовалась впервые, вполне возможно, что она столкнулась с другими пузырьковыми вселенными, которые образуются вокруг нашей. Вряд ли мы до сих пор находимся рядом с ними, поскольку продолжающееся расширение пространства-времени уносит нас все дальше и дальше.
Тем не менее влияние ранних столкновений могло пустить ряби на космическом микроволновом фоне (тепло, оставшееся после Большого Взрыва). Теоретически мы могли бы заметить эту рябь с помощью телескопов. Она была бы обесцвеченным диском — как синяк на теле микроволнового фона.
Космический телескоп Планк в настоящее время прислушивается к небесам в поисках свидетельства таких столкновений с другими вселенными.
Мультивселенная внутри БАК
Разные физики придерживаются разных теорий мультивселенной. Эта версия возникает из теории струн, а также идеи существования многих других измерений, к которым у нас просто нет доступа (как в ситуации, в которой попал герой Макконахи в фильме «Интерстеллар»). Некоторые физики думают, что параллельные вселенные скрываются в этих дополнительных измерениях.
Такая идея мультивселенной тоже проверяема.
Физики будут искать микроскопические черные дыры на Большом адронном коллайдере, который заработал на днях. На БАКе невозможно произвести черную дыру, которая будет опасна, но, согласно этой теории, вполне можно создать микроскопические черные дыры, которые будут мгновенно испаряться. Наличие черных дыр будет означать, что гравитация нашей Вселенной просачивается в дополнительные измерения.
«Поскольку гравитация может утекать из нашей Вселенной в дополнительные измерения, такую модель можно проверить, обнаружив миниатюрные черные дыры на БАКе, — рассказывал физик Мир Файзаль. — Мы подсчитали энергию, на которой можно обнаружить эти черные дыры в гравитационной радуге. Если мы обнаружим черные дыры на такой энергии, мы будем знать, что как теория гравитационной радуги, так и теория дополнительных измерений — обе верны».
Это было бы убедительным свидетельством для теории струн и параллельных вселенных, а также помогло бы объяснить, почему гравитация намного слабее других фундаментальных сил.
Впрочем, никаких серьезных подтверждений пока нет. Только сомнения.
«Я верю только в то, что подтверждается конкретными, проверяемыми экспериментальными доказательствами, и концепция параллельных вселенных этим точно похвастать не может», — говорит Брайан Грин, физик-теоретик из Колумбийского университета.
Проблема в том, как говорит Джонсон, что физики удаляются от философских обсуждений множественных вселенных. Одни просто хотят проверить идею. Другие придерживаются радикальных и непроверяемых теорий. Тегмарк говорит, что попытается провести эксперимент с квантовым самоубийством, когда будет стар и немощен. Но будем надеяться, он просто шутит.
Существование мультивселенной неизбежно, и мы в ней живём
Иллюстрация множества независимых Вселенных, не объединённых причинными связями в постоянно расширяющемся космическом океане – одно из представлений об идее мультивселенной
Представьте, что Вселенная, наблюдаемая нами, от края до края – всего лишь капля в космическом океане. Что за пределами нашего поля зрения есть ещё космос, ещё звёзды, ещё галактики, ещё больше всего, возможно, на бессчетные миллиарды световых лет дальше, чем мы когда-либо сможем увидеть. И, хотя ненаблюдаемая Вселенная велика, существует ещё бессчётное количество других Вселенных, похожих на неё – некоторые из них крупнее и старше, некоторые – меньше и моложе – протянувшиеся на огромных просторах пространства-времени. И хотя эти Вселенные расширяются неизбежно и быстро, содержащее их пространство-время расширяется ещё быстрее, разводя их дальше друг от друга, гарантируя, что никакая пара Вселенных никогда не встретится. Звучит, как фантастика: это научная идея мультивселенной. Но если наука окажется правильной, то это будет не просто надёжная идея, это будет неизбежная последовательность фундаментальных законов.
Концепция художника о логарифмическом представлении наблюдаемой Вселенной. Мы ограничены возможностью заглядывать в прошлое количеством времени, прошедшим со времён горячего Большого взрыва: 13,8 млрд лет, или, если учесть расширение Вселенной, то 46 млрд световых лет.
Идея мультивселенной растёт из физики, необходимой для описания Вселенной, которую мы сегодня видим и населяем. Куда бы мы ни взглянули на небе, мы видим звёзды и галактики, скапливающиеся вместе в гигантскую космическую паутину. Но чем дальше в космос мы заглядываем, тем дальше мы смотрим и во времени. Более удалённые галактики видятся нам более молодыми, и поэтому, менее развитыми. В их звёздах меньше тяжёлых элементов, их видимый размер меньше, поскольку они претерпели меньше слияний, там больше спиральных меньше эллиптических галактик (им нужно время на формирование после слияний), и так далее. Если мы дойдём до пределов наших способностей видеть, вы обнаружим самые первые звёзды Вселенной, а за этим – царство тьмы, в котором единственным светом будет остаточное свечение Большого взрыва.
Глядя на всё более удалённые объекты Вселенной, мы смотрим в прошлое, вплоть до того времени, когда ещё не было атомов, вплоть до Большого взрыва
Инфляция заставляет пространство экспоненциально расширяться, что очень быстро может привести к тому, что любое искривлённое пространство будет казаться плоским
Если бы инфляция была классическим полем, инфляция длилась бы, пока значение поля оставалось большим, но когда значение, скатившись вниз, уменьшилось бы, инфляция бы остановилась и заново нагрела Вселенную
Если инфляция – это квантовое поле, тогда его значение распределяется по времени, и в разных участках пространства возникают различные реализации значения поля. Во многих участках значение поля окажется равным низу долины, и инфляция закончится, а во множестве других инфляция будет продолжаться произвольно долго.
Поскольку пространство во время инфляции расширяется с экспоненциальной скоростью, со временем будет возникать экспоненциально большое количество участков пространства. В некоторых регионах инфляция закончится: там, где значение поля скатится вниз, на дно долины. В других инфляция будет продолжаться, и порождать всё больше пространства, окружающего все регионы, в которых инфляция закончилась. Скорость инфляции гораздо больше, чем максимальная скорость расширения заполненной материей и энергией Вселенной, поэтому, расширяющиеся регионы довольно быстро начнут преобладать над всем остальным. Согласно правдоподобным механизмам, дающим нам достаточно большое значение инфляции для порождения наблюдаемой Вселенной, существует гораздо больше регионов пространства, окружающих наш – где инфляция окончилась – в которых инфляция не заканчивается.
Там, где происходит инфляция (голубые кубики), она порождает экспоненциально большее количество регионов пространства с каждым моментом времени. Даже если найдётся много регионов, в которых инфляция закончилась (отмечены красными крестиками), будет гораздо больше регионов, в которых инфляция будет продолжаться в будущее. И тот факт, что это никогда не заканчивается, делает инфляцию «бесконечной» после того, как она начнётся.
Какой бы ни была огромной наблюдаемая часть Вселенной, это лишь крохотная часть того, что должно существовать кроме неё.
Именно эта картина, огромных Вселенных, куда как больших по размеру, чем та часть, что мы можем наблюдать, постоянно появляющихся в экспоненциально расширяющемся пространстве, и описывает мультивселенную. Важно понять, что сама по себе мультивселенная не является научной теорией. Она не делает предсказаний каких-либо наблюдаемых явлений, к которым мы могли бы получить доступ из нашего уголка пространства. Вместо этого, мультивселенная – это теоретическое предсказание, вытекающее из законов физики, понимаемых нами сегодня наилучшим образом. Возможно, она – неизбежное следствие этих законов: если у вас есть инфляционная Вселенная, управляемая квантовой физикой, то вам предрешено прийти именно к такому выводу.
Хотя в расширяющемся пространстве-времени предсказывается существование множества независимых Вселенных, инфляция никогда не заканчивается везде одновременно, это происходит только в определённых и независимых участках, разделённых продолжающим расширяться пространством. Отсюда и проистекает научная мотивация идеи мультивселенной.
Возможно, что наше понимание состояния, бывшего до Большого взрыва, неверно, и что наши идеи по поводу инфляции совершенно неприменимы. В этом случае существование мультивселенной не является неизбежным. Но предсказание бесконечно расширяющегося состояния, где постоянно рождаются и отделяются друг от друга несчётное количество карманных вселенных, является прямым следствием наших лучших на сегодняшний день теорий, если они верны.
Что же тогда такое мультивселенная? Она может выходить за пределы физики и стать первым встреченным нами метафизическим явлением, следующим из физики. Мы впервые понимаем ограничения того, чему нас может научить Вселенная. Существует необходимая нам информация, но мы никогда не сможем её получить, чтобы поднять идею до состояния проверяемой науки. До тех пор мы можем предсказывать, но ни подтвердить, ни опровергнуть тот факт, что наша Вселенная – лишь малая часть грандиозной мультивселенной.
Существует ли мультивселенная?
Представьте, что параллельные вселенные существуют. Как думаете, сколько их? И сильно ли они отличаются от Вселенной, в которой мы живем? На эти и другие не менее провокационные вопросы искал ответы выдающийся британский ученый Стивен Хокинг. Помните сериал «Путешествие в параллельные миры»? В нем студент-физик проводил эксперименты по исследованию гравитации, но вместо гравитационной машины случайно изобрел портал в параллельные вселенные. Вместе со своими друзьями и нечаянно попавшим в портал во время перемещения музыкантом, студент начал свое путешествие по бесчисленному множеству параллельных миров.
Стивен Хокинг, увы, подобный портал не изобрел. Однако, в соавторстве с физиком-теоретиком Томасом Хертогом из Левенского Университета (Бельгия), Хокинг придумал способ, который позволит человечеству ответить на животрепещущий вопрос — существуют ли параллельные вселенные?
Что такое мультивселенная?
Первым человеком, подразумевающим под мультивселенной бесконечное множество параллельных или альтернативных миров, стал писатель-фантаст Майкл Муркок. В саге под названием «Вечный воитель» Муркок описал около двух десятков воплощений основного персонажа своих произведений. А сам термин придумал в 1895 году философ и психолог Уильям Джеймс, который вкладывал в него совсем иной смысл, а именно — пластичность восприятия действительности (не имеем понятия о чем он).
А вы читали 10 предсказаний Хокинга, которые он оставил в книге после своей смерти
Несмотря на то, что в научно-фантастической литературе идея о параллельных мирах и раньше описывалась многими авторами, сага Муркока вдохнула новую жизнь в теорию об альтернативных мирах. Начиная с 1970-х о мультивселенной не писал только ленивый. Вскоре к фантастам присоединились ученые.
Теория мультивселенной
Сторонниками теории о мультивселенной сегодня являются многие известные ученые. Среди них американский астрофизик и популяризатор науки Нил Деграсс Тайсон, британский физик-теоретик Брайан Грин, шведско-американский космолог и астрофизик Макс Тегмарк, а также физик-теоретик Мичио Каку, который написал о параллельных мирах одноименную книгу. В ней доктор Каку размышляет об устройстве Вселенной и рассказывает чем занимается современная физика.
Несмотря на столь именитых сторонников, теория мультивселенной — причина споров в научном сообществе. Мы можем сколько угодно размышлять о бесчисленных версиях самих себя, живущих в параллельных мирах, но дело в том, что никто пока не может это доказать или опровергнуть. Сегодня, благодаря предсмертной работе Стивена Хокинга у нас, наконец, появилась возможность узнать правду.
Отметим, что в своей научной работе физики опираются на господствующую сегодня теорию Большого взрыва.
Эхо Большого взрыва
Хокинг и Хертог предлагают отправить в космос зонд для исследования дальнего космоса. По задумке ученых, на космическом аппарате должен быть установлен специальный детектор для сбора информации. Но где они собираются ее искать?
Когда ученые приступили к работе, оба полагали, что все параллельные вселенные сильно отличаются друг от друга. Но в ходе исследования пришли к выводу, что скорее всего во всех параллельных мирах действуют одни и те же физические законы, поэтому они мало отличаются друг от друга.
Выходит, если сегодня утром в нашей Вселенной вы пили кофе, то в параллельный вполне могли пить апельсиновый сок. Никаких необычных форм жизни там, судя по всему, нет. Только другой вы и апельсиновый сок. При условии, что вы существуете в этой параллельной вселенной, конечно.
Но вернемся к Большому взрыву. Среди огромного количества энергии и радиации, появившихся в результате взрыва, в первые секунды после него возникло реликтовое излучение. Считается, что реликтовое излучение (которое часто именуют микроволновым фоновым излучением), обволакивают всю нашу Вселенную. Таким образом, оно может многое рассказать нам о ее истории.
Стивен Хокинг и его соавтор полагают, что мультивсленная, если она существует, должна была оставить след в реликтовом излучении. Его и должен будет обнаружить специальный детектор, установленный на космическом аппарате. Или не обнаружить — что, в свою очередь, будет означать, что никаких параллельных вселенных не существует.
А вы как думаете, существуют или нет параллельные вселенные? Делитесь своими мыслями в комментариях или в нашем Telegram-чате.
Множественные вселенные могут оказаться одной и той же Вселенной
Если концепция мультивселенной кажется странной, так это потому, что нам нужно поменять наши представления о времени и пространстве
Название изображения, «Гравюра Фламмариона», может быть неизвестным для вас, но вы, скорее всего, много раз его видели. На нём изображён пилигрим в плаще и с посохом. За ним – ландшафт из городов и деревьев. Его окружает кристальная оболочка, испещрённая бесчисленными звёздами. Он достиг края мира, проник на другую его сторону и поражённо взирает на новый мир света, радуг и огня.
Впервые изображение было опубликовано в книге 1888 года французского астронома XIX века Камиля Фламмариона «Атмосфера: Популярная Метеорология». Изначально она была чёрно-белой, хотя сейчас можно встретить и раскрашенные версии. Он отмечает, что небеса действительно выглядят, как купол, на котором закреплены небесные тела, но впечатления обманчивы. «Наши предки, – пишет Фламмарион, – представляли себе, что этот голубой свод и есть такой, каким его видят их глаза. Но, как писал Вольтер, это так же осмысленно, как шелкопряд, прядущий свою сеть до пределов вселенной».
Гравюра рассматривается как символ поиска человечеством знаний, но я предпочитаю видеть в ней более буквальное значение, описываемое Фламмарионом. Много раз в истории науки мы находили разрыв в пограничном знании и протыкали его насквозь. Вселенная не заканчивается за орбитой Сатурна, или за самыми дальними звёздами Млечного пути, или за самыми дальними из видимых нам галактик. Сегодня космологи считают, что могут существовать и совершенно другие вселенные.
Но по сравнению с открытиями квантовой физики это почти банальщина. Это не просто новое отверстие в куполе, а новый тип отверстия. Физики и философы давно спорили по поводу значения квантовой теории, но так или иначе, они соглашаются, что она открывает огромный мир за пределами наших чувств. Возможно, самый простой результат этого принципа – самое прямое прочтение уравнений квантовой теории – многомировая интерпретация, сделанная Хью Эвереттом в 1950-х. С его точки зрения, всё, что может произойти, происходит, где-то в безграничном наборе вселенных, и вероятности квантовой теории представляют относительное число вселенных, в которых происходит один или другой вариант развития событий. Как писал Дэвид Уоллас, философ физики из Университета Южной Калифорнии, в книге 2012 года, «Проявляющаяся мультивселенная» [The Emergent Multiverse], при буквальном восприятии квантовой механики «мир оказывается гораздо больше, чем мы рассчитывали: в самом деле, наш классический „мир“ оказывается небольшой частью гораздо более крупной реальности».
Этот набор вселенных, на первый взгляд, кажется сильно отличающимся от того, про который толкуют космологи. Космологическая мультивселенная выросла из моделей, пытающихся объяснить однородность Вселенной на масштабах, превышающих галактические. Предполагаемые параллельные вселенные – это удалённые отдельные регионы пространства-времени, возникшие в результате их собственных больших взрывов, развивающиеся из своих пузырей квантовой пены (или из чего там ещё вырастают вселенные). Они существуют примерно так же, как галактики – можно представить себе, как мы садимся на космический корабль и отправляемся к ним.
Но в отличие от этого подхода, многомировая интерпретация Эверетта не уводит нас так далеко. Концепция появилась благодаря попыткам понять процесс лабораторных измерений. Частицы, оставляющие следы в камере Вильсона, атомы, отражаемые магнитами, горячие объекты, испускающие свет: всё это были практические эксперименты, приведшие к созданию квантовой теории и к поискам логически непротиворечивой интерпретации. Квантовое разветвление, происходящее в процессе измерения, создаёт новые миры, накладывающиеся на то же самое пространство, в котором существуем мы.
Однако у этих двух типов мультивселенных есть много общего. Перенестись в любой из типов мы можем только мысленно. Долететь до другой вселенной-пузыря в космическом корабле не получится, ведь пространство будет расширяться быстрее. Поэтому эти пузыри отделены друг от друга. Также мы по природе своей отделены от других вселенных в квантовой мультивселенной. Эти миры, хотя они и реальны, навсегда останутся вне поля нашего зрения.
Более того, хотя квантовая мультивселенная разрабатывалась не для космологии, она удивительно хорошо ей подходит. В общепринятой квантовой механике – в Копенгагенской интерпретации, принятой Нильсом бором и его товарищами – нужно различать наблюдателя и то, за чем он наблюдает. Для обычной физики в лабораториях всё в порядке. Наблюдатель – вы, и наблюдаете вы за экспериментом. Но что, если объект наблюдения – вся вселенная? Вы не можете попасть за её пределы, чтобы её измерить. Многомировая интерпретация не делает таких искусственных разделений. В новой работе физик из Калтеха, Шон Кэррол [Sean Carroll], вместе с аспирантами Джейсоном Поллаком и Кимберли Бодди, напрямую применяет многомировую интерпретацию к созданию вселенных в космологической мультивселенной. «Все, что в обычной квантовой механике было ни рыба, ни мясо, становится в принципе подсчитываемым с точки зрения Эверетта», – говорит Кэррол.
И, наконец, два вида мультивселенных дают одинаковые прогнозы наблюдений. Разница в том, что они помещают возможные результаты в разные места. Кэррол считает похожими «космологическую мультивселенную, в которой разные состояния находятся в разделённых регионах пространства-времени, и локализованную мультивселенную, где разных состояния находятся прямо здесь, просто в разных ветвях волновой функции».
Космолог из MIT Макс Тегмарк [Max Tegmark] обозначил эту идею во время доклада в 2002 году, эволюционировавшего в его книгу 2014 года, «Наша математическая Вселенная» [Our Mathematical Universe]. Он описывает несколько уровней мультивселенной. Уровень I – крайне отдалённые регионы нашей собственной Вселенной. Уровень III – его обозначение квантового множества миров (уровни II и IV у него тоже встречаются, но речь сейчас не о них). Чтобы увидеть схожесть между уровнями I и III, необходимо задуматься о природе вероятности. Если у чего-либо может быть два результата, вы видите один из них, но можете быть уверены, что другой тоже произошёл – либо в другой части гигантской вселенной, либо прямо тут, в параллельном мире. Если космос достаточно велик и заполнен материей, события, происходящие здесь, на Земле, также произойдут где-то ещё, как и любые возможные варианты этих событий.
К примеру, вы проводите эксперимент, в котором направляете атом на пару магнитов. Вы увидите, как он устремится к нижнему или к верхнему магниту, с вероятностью в 50%. В многомировой интерпретации существуют два мира, пересекающихся в вашей лаборатории. В одном атом идёт вверх, в другом – вниз. В космологической мультивселенной существуют другие вселенные (или части нашей Вселенной) с идентичным близнецом Земли, на котором гуманоид осуществляет точно такой же эксперимент, но с другим результатом. Математически эти ситуации идентичны.
Не всем нравится мультивселенная, особенно схожие варианты мультивселенной. Но учитывая предварительную природу этих гипотез, давайте посмотрим, куда они нас заведут. Они предлагают радикальную идею: что две мультивселенных не обязательно должны быть отдельными – что многомировая интерпретация не отличается от космологической концепции мультивселенной. Если они и кажутся различными, так это оттого, что мы неправильно представляем себе реальность.
Физик из Стэнфорда, Леонард Саскинд, предложил считать их равными в книге 2005 года «Космический ландшафт» [The Cosmic Landscape]. «Многомировая интерпретация Эверетта, на первый взгляд, кажется сильно отличающейся от вечно раздувающейся мегаверса», – пишет он (используя свой собственный термин для мультивселенной). «Однако я думаю, что две интерпретации могут говорить об одном и том же». В 2011 он вместе с Рафаэлем Буссо, физиком из Беркли, написали вместе работу, в которой они утверждают, что две эти идеи идентичны. Они говорят, что единственным способом придать смысл вероятностям, связанным с квантовой механикой и феноменом декогеренции – благодаря которому появляются наши классические категории позиций и скоростей – будет применение многомировой интерпретации к космологии. В результате естественным образом должна получиться космологическая мультивселенная. В том же году Ясунори Номура [Yasunori Nomura] из Калифорнийского университета в Беркли обосновывал схожую идею в своей работе, где он «обеспечивает унификацию процессов квантовых измерений и мультивселенной». Тегмарк использует примерно ту же аргументацию в работе 2012 года, написанной совместно с Энтони Агуайер [Anthony Aguirre] из Калифорнийского университета в Санта-Круз.
С этой точки зрения, множество квантовых миров находится не непосредственно рядом с нами, а далеко от нас. Волновая функция, как пишет Тегмарк, описывает не «какой-то непонятный воображаемый набор возможностей того, чем может заниматься объект, а реальную пространственную коллекцию идентичных копий объекта, существующих в бесконечном пространстве».
Суть в том, что нужно как следует подумать о вашей точке зрения. Представьте, что вы смотрите на мультивселенную с позиции бога, с которой видно все реализовывающиеся возможности. Нет никаких вероятностей. Всё происходит с определённостью в одном из мест. С ограниченной точки зрения нашего мира, привязанной к планете Земля, различные события разворачиваются с различными вероятностями. «Мы меняем глобальную картинку, в которой абсолютно всё происходит где-то, но никто не может увидеть всё сразу – на локальную, в которой у вас есть один, в принципе познаваемый, участок», – говорит Буссо. 
Многие космологи находят в изображении реликтового излучения доказательства существования гораздо большего пространства, чем мы непосредственно можем наблюдать
Чтобы перейти от глобального к локальному, нам необходимо порезать вселенную, чтобы отделить измеряемое от неизмеряемого. Измеряемое – это наш «каузальный участок», как называет его Буссо. Это сумма всего того, что сможет повлиять на нас – не только наблюдаемая вселенная, но и регион пространства, который будет доступен нашим далёким потомкам. Вырезав наш участок из остального пространства-времени, можно представить, какие наблюдения мы можем провести, и в результате получим квантовую механику в старом стиле.
С этой точки зрения причина неопределённости квантовых событий в том, что мы не знаем, где мы находимся в мультивселенной. В бесконечном пространстве существует бесконечное количество существ, выглядящих и ведущих себя ровно как вы во всём. Главную загадку освещает классическая карикатура из New Yorker. На клочке льда стоит толпа одинаковых пингвинов. Один из них спрашивает: «А кто из нас я?»
У бедного пингвина ещё есть возможность установить своё местонахождение через триангуляцию ближайших плавучих льдов, но в мультивселенной таких опорных точек не существует, поэтому мы никогда не сможем разделить наши множественные копии. Дэвид Дойч [David Deutsch] – физик из Оксфорда, и, как Кэррол и Тегмарк, верный приверженец многомировой интерпретации – пишет в своей книге «Ткань реальности» [The Fabric of Reality]: «Предполагать смысл в вопросе, какая из идентичных копий – это я, значит предполагать, что существует некоторая система отсчёта вне мультивселенной, относительно которой можно ответить на этот вопрос: „Я третий слева“. Но что это за „лево“ и что это за „третий“? Нет никакой „точки зрения вне мультивселенной“».
Тегмарк говорит, что, по сути, понятие вероятности в квантовой механике отражает «вашу невозможность найти себя в мультивселенной I уровня, то есть, знать, какая из бесконечного числа ваших копий в пространстве обладает вашим субъективным ощущением». Иначе говоря, события выглядят вероятностными, потому что вы никогда не знаете, кто из вас – вы. Вместо того, чтобы не быть уверенным в том, каким путём пройдёт эксперимент, он идёт всеми путями; вы просто не уверены в том, какой из «вас» наблюдает какой из его результатов.
Для Буссо достаточно математического успеха такого подхода, и он не собирается мучиться бессонницей из-за того, как кто-нибудь будет определять глубинный смысл слившихся мультивселенных. «По сути, важно лишь то, какие предсказания делает ваша теория, и как они соотносятся с наблюдениями, – говорит он. – Регионы, находящиеся за нашим космологическим горизонтом, наблюдать нельзя, как и разветвления волновой функции, на которых мы не оказались. Это просто инструменты, используемые нами для расчётов».
Но такой инструментальный подход к физической теории не удовлетворяет многих. Мы хотим знать, что всё это значит – как чтение показаний с прибора может предавать существование бесконечных пузырей в пространстве-времени. Массимо Пиглюччи [Massimo Pigliucci], научный философ из Городского университета Нью-Йорка, говорит: «Если вы говорите о реальном разделении вселенной, тогда объясните мне, как точно это происходит, и где конкретно находятся эти другие миры».
Возможно, чтобы понять смысл связи между вариантами мультивселенной, необходимо обновить наше понимание пространства и времени. Если мультивселенная одновременно находится где-то далеко и прямо тут, возможно, это признак того, что наши категории «там» и «тут» подводят нас.
Почти два десятилетия назад Дойч доказывал в своей «Ткани реальности», что мультивселенная изобретает новую концепцию времени. Как в повседневной жизни, так и в физике, мы предполагаем существование чего-то типа ньютоновского вечно текущего времени. Мультивселенную обычно описывают как структуру, раскрывающуюся во времени. На самом же деле время не течёт и не проходит, и мы не движемся по нему неким таинственным способом. Время – это способ, при помощи которого мы определяем движение. Оно не может двигаться. Поэтому мультивселенная не эволюционирует. Она просто существует. Дойч пишет: «Мультивселенная не „появлялась“ и не „исчезает“; эти термины предполагают течение времени».
Вместо того, чтобы представлять, как мультивселенная разворачивается во времени, Дойч считает, что мы должны представлять, как время разворачивается в мультивселенной. Другое время – это просто особые случаи других вселенных. Независимо от него физик Джулиан Барбор [Julian Barbour] также возился с этой идеей в своей книге «Конец времени» [The End of Time] 1999 года. Некоторые из этих других вселенных, пишет Дойч, так сильно напоминают нашу – наше «сейчас» – что мы интерпретируем их, как части истории нашей вселенной, а не как отдельные вселенные. Для нас они находятся не где-то в пространстве, а на нашей временной линии. Так же, как мы не можем воспринять всю вселенную за раз, мы не можем воспринять бесконечный массив моментов за раз. Вместо этого наше восприятие отражает нашу перспективу встроенных наблюдателей, живущих единичными моментами. Переходя с глобальной на локальную точку зрения, мы восстанавливаем знакомые признаки времени.
Мультивселенная может исправить и наше представление о пространстве. «Почему мир выглядит классическим?» – спрашивает Кэррол. – Почему пространство-время существует в четырёх измерениях?» Кэррол, сделавший в блоге запись по вопросу объединения мультивселенных, признаёт, что Эверетт не отвечает на эти вопросы, «но даёт вам платформу, на основе которой их можно задавать».
Он верит, что пространство не фундаментально, а является результатом некоего явления. Но откуда оно появляется? Что на самом деле существует? Для Кэррола образ Эверетта даёт простой ответ на этот вопрос. «Мир – это волновая функция, – говорит Кэррол. – Это элемент гильбертового пространства. Вот и всё».
Гильбертово пространство – это математическое пространство, связанное с квантовой волновой функцией. Это абстрактное представление всех возможных состояний системы. Оно немного похоже на евклидово, но количество измерений меняется, и зависит от количества допустимых состояний системы. У кубита – фундаментальной единицы данных в квантовых компьютерах, способной принимать значение 0, 1, или находиться в их суперпозиции, гильбертово пространство двумерно. Непрерывная величина, типа позиции или скорости, соответствует бесконечномерному гильбертовому пространству.
Обычно физики начинают с системы, существующей в реальном пространстве, и выводят из неё гильбертово пространство, но Кэррол считает, что этот процесс можно обратить. Представьте все возможные состояние вселенной и придите к тому, в каком из пространств система должна существовать – если она вообще существует в некоем пространстве. Система может существовать не в одном, а в нескольких пространствах одновременно, и тогда мы будем называть её мультивселенной. Такой взгляд «естественным образом ложится на идею возникающего пространства-времени», – говорит Кэррол.
Некоторые люди – особенно, философы – отказываются от такого подхода. Гильбертово пространство может быть допустимым математическим инструментом, но это не значит, что мы в нём живём. Уоллэс, поддерживающий многомировую интерпретацию, говорит, что гильбертово пространство – это не буквально существующая структура, но способ описания реальных вещей – струн, частиц, полей, или из чего там ещё состоит вселенная. «В метафорическом смысле мы живём в гильбертовом пространстве, но не в буквальном», – говорит он.
Хью Эверетт не дожил до возрождения интереса к его версии квантовой механики. Он умер от сердечного приступа в 1982, в 51 год. Он был непоколебимым атеистом и был уверен в том, что это конец; его жена, следуя его инструкциям, выбросила пепел вместе с мусором. Но его послание, возможно, начинает укореняться. Его можно просуммировать коротко: относитесь серьёзно к квантовой механике. В этом случаем мы обнаруживаем, что мир – сюрприз! – становится богаче и больше, чем мы себе представляли. Так же, как у Вольтера шелкопряд видел только свою сеть, мы видим только небольшой кусочек мультивселенной, но, благодаря Эверетту и его последователям, мы всё ещё можем протиснуться через трещину в кристальной оболочке, «где земля встречается с небом», и бросить беглый взгляд на то, что простирается за их пределами.
Гайд по теории Мультивселенной: существуют ли другие миры?
Физическая реальность может быть гораздо более обширной, чем просто участок пространства времени, который мы называем Вселенной. Наша космическая среда может быть сконструирована в невероятных масштабах, при этом наши астрономические инструменты невероятно ограничены. Мы, подобно муравьям, не знаем о том, насколько огромен мир вне муравейника. Так что некоторые физики-теоретики всерьез рассматривают теорию Мультивселенной, согласно которой наш мир – лишь один из многих. Более того, применяя квантовую теорию к Вселенной, мы вынуждены признать, что она существует одновременно во многих состояниях. Иными словами, допустив применение квантовых флуктуаций к Вселенной, мы практически вынуждены признать существование параллельных миров. Интересно и то, что сочетание теории струн и «вечного» варианта инфляционной космологии (речь об инфляционной модели Вселенной) обеспечивает естественную основу для так называемой «ландшафтной Мультивселенной».
Наш мир намного больше и сложнее, чем мы можем себе представить. Но шанс разгадать фундаментальные тайны Вселенной у нас есть.
Инфляция
Начнем с того, что концепция мультивселенной возникает сразу в нескольких областях физики (и философии), но наиболее ярким примером является теория инфляции, которая описывает гипотетическое событие, которое произошло, когда наша Вселенная была очень молодой — менее секунды от роду. По данным NASA, за невероятно короткий промежуток времени Вселенная пережила период быстрого расширения, «раздуваясь», становясь все больше и больше.
Считается, что инфляция нашей Вселенной закончилась около 14 миллиардов лет назад. Однако инфляция не заканчивается везде одновременно. Исследователи считают, что, возможно, по мере того, как инфляция заканчивается в одном регионе, она продолжается в других.
Таким образом, в то время как инфляция закончилась в нашей Вселенной, могли существовать другие, гораздо более отдаленные регионы, где инфляция продолжалась — и продолжается прямо сейчас. Более того, отдельные вселенные, как пишет LiveScience, могут «отщипывать» более крупные раздувающиеся, расширяющиеся вселенные, создавая бесконечное море вечной инфляции, заполненное многочисленными индивидуальными вселенными.
Инфляционная модель Вселенной.
В этом сценарии вечной инфляции каждая вселенная возникла бы со своими собственными законами физики, своей собственной коллекцией частиц, своим собственным расположением сил и своими собственными значениями фундаментальных констант, – считают исследователи.
Это может объяснить, почему наша Вселенная обладает теми свойствами, какими обладает и в особенности теми, которые трудно объяснить с помощью таких концепций как темная материя или космологическая постоянная. «Если бы существовала мультивселенная, то у нас были бы случайные космологические константы в разных вселенных, и это просто совпадение, что та, которая есть у нас в нашей Вселенной, принимает значение, которое мы наблюдаем», – считает Дэн Хелинг, космолог из Университета Аризоны и эксперт в области теории Мультивселенной.
Наблюдения и доказательства
Интересно, что еще одним свидетельством существования мультверса являются наблюдения – в нашей Вселенной должно было произойти так много всего, что существование жизни кажется невероятным. И если бы существовала только одна Вселенная, в ней, скорее всего, не должно было бы быть жизни. Но в мультивселенной вероятность существования жизни намного выше. Но эту теорию вряд ли можно назвать убедительной, поэтому большинство ученых по-прежнему скептически относятся к идее мультивселенной.
И тем не менее многие пытались найти более физические, убедительные доказательства ее существования. Например, если соседняя вселенная давным-давно оказалась рядом с нашей, она, возможно, столкнулась с ней, оставив заметный отпечаток.
Реликтовое излучение может хранить «отпечатки» других вселенных.
Этот отпечаток может быть в форме искажений космического микроволнового фонового излучения или реликтового излучения (света, оставшегося с тех времен, когда Вселенная была в миллион раз меньше, чем сегодня) или в странных свойствах галактик в направлении столкновения, согласно работе, опубликованной исследователями Университетского колледжа Лондона.
Некоторые астрофизики пошли еще дальше, ища особые виды черных дыр, которые могли бы быть артефактами частей нашей Вселенной, отделившимися в свою собственную вселенную с помощью процесса под названием квантовое туннелирование.
Если бы некоторые области нашей Вселенной разделились таким образом, то оставили бы после себя «пузыри» в нашей Вселенной, которые превратились бы в эти уникальные черные дыры, которые, по словам исследователей, «могут существовать и сегодня».
«Потенциальное обнаружение этих черных дыр может затем указать на существование мультивселенной», – считают физики-теоретики. Однако все эти типы поисков пока ни к чему не привели, так что на сегодняшний день Мультивселенная остается гипотетической.
Реликтовое излучение
В 1964 году физики Арно Пензиас и Роберт Уилсон работали в лаборатории Bell в Холмделе, штат Нью-Джерси, создавая сверхчувствительные микроволновые приемники для радиоастрономических наблюдений. Но что бы они делали, избавить приемники от фонового радиошума, который, как ни странно, казалось, шел со всех сторон одновременно, у них не получалось.
Пензиас связался с физиком из Принстонского университета Робертом Дике, который предположил, что радиошум может быть космическим микроволновым фоновым излучением (CMB), которое является первичным микроволновым излучением, заполняющим Вселенную.
Если другие вселенные и правда существуют, они могли оставить «отпечаток» в реликтовом излучении, равномерно заполняющем Вселенную.
Это – история открытия реликтового излучения, простая и элегантная. За свое открытие Пензиас и Уилсон получили Нобелевскую премию по физике в 1978 году, и не без оснований. Их работа открыла новую эру космологии, позволив ученым изучать и понимать Вселенную как никогда прежде.
Еще больше интересных статей о последних открытиях в области астрофизики и космологии читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте!
Интересно, что работа физиков также привела к одному из самых удивительных открытий в новейшей истории: уникальные особенности реликтового излучения могут стать первым прямым доказательством того, что бесконечное множество миров за пределами известной Вселенной действительно существует. Однако, чтобы правильно понять это необычное утверждение, необходимо совершить путешествие к началу времен.
Большой взрыв
Согласно общепринятой теории происхождения Вселенной, в течение первых нескольких сотен тысяч лет после Большого взрыва наша Вселенная была заполнена невероятно горячей плазмой, состоящей из ядер, электронов и фотонов, которые рассеивали свет.
Примерно к 380 000 годам продолжающееся расширение нашей Вселенной привело к ее охлаждению до температуры ниже 3000 градусов Кельвина, что позволило электронам объединяться с ядрами с образованием нейтральных атомов, а поглощение свободных электронов позволило свету освещать темноту.
Доказательством этого – в виде ранее упомянутого реликтового излучения – является то, что обнаружили Пензиас и Уилсон. Их открытие, в конечном итоге, помогло установлению теории Большого Взрыва.
У Вселенной, как мы знаем сегодня, было начало.
На протяжении многих эпох продолжающееся расширение охлаждало нашу Вселенную до температуры всего около 2,7К, но эта температура неравномерна. Различия в температуре возникают из-за того, что материя неравномерно распределена по всей Вселенной. Считается, что это вызвано крошечными флуктуациями квантовой плотности, которые произошли сразу после Большого взрыва.
В 2017 году, исследователи из Даремского университета Великобритании опубликовали работу, результаты которой предполагают, что «отпечатки» в реликтовом излучении (так называемые холодные пятна) могут быть свидетельством существования других миров. Авторы предположили, что пятна в микроволновом фоновом излучении появились в результате столкновения между нашей вселенной и другой.
В целом, пятна в реликтовом излучении можно считать первым доказательством существования мультивселенной – миллиардов других вселенных, похожих на нашу собственную, – пишут исследователи.
Темная материя
Еще одним доказательством в копилку теории Мультивселенной добавляет новое, крайне интересное исследование. Его результаты, как пишет Vice, предполагают, что черные дыры, образованные из свернутых вселенных, порождают темную материю, а наша собственная Вселенная может выглядеть как черная дыра для посторонних.
Одни из самых таинственных объектов во Вселенной, черные дыры, могут являться источником темной материи.
Чтобы всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram. Так вы точно не пропустите ничего интересного!
Отмечу, что темная материя – невидимая субстанция, на долю которой приходится большая часть массы Вселенной – хотя и не излучает обнаруживаемый свет, все же существует, так как оказывает гравитационное воздействие на скопления галактик и другие излучающие объекты в космосе.
Для объяснения темной материи был предложен ошеломляющий спектр гипотез, но теперь ученые предположили, что первичные черные дыры – гипотетические объекты, которые относятся к периоду зарождения Вселенной, «являются жизнеспособным кандидатом на темную материю». К такому выводу пришла международная команда исследователей из США, Японии и Тайваня, в работе, опубликованной в научном журнале Physical Review Letters в январе этого года.
Подробнее о том, могут ли первичные черные дыры являться источником темной материи и почему представляют такой интерес для ученых, я рассказывала в этой статье, рекомендую к прочтению!
И все же, на данный момент все эти концепции являются умозрительными, хотя физики ожидают, что новые способы наблюдения с помощью сложных телескопов в ближайшие годы помогут ответить на многие вопросы.
И снова инфляция
Знаменитый британский физик-теоретик Стивен Хокинг умер 14 марта 2014 года, проведя десятилетия прикованным к инвалидному креслу и зависящим от синтезатора речи из-за страданий, вызванных боковым амиотрофическом склерозом. Последняя исследовательская работа ученая, опубликованная всего за 10 дней до его смерти, была написана вместе с профессором теоретической физики Томасом Хертогом и касалась мультивселенной.
Кто знает, в каком из бесчисленного множества миров живем мы?
В статье, озаглавленной «Плавный выход из вечной инфляции?» Хокинг и Хертог предположили, что быстрое расширение пространства-времени после Большого взрыва могло происходить неоднократно, создавая множество вселенных.
Критика и выводы
В завершении следует сказать, что когда кто-то говорит о теории мультивселенной, это может звучать и дерзко и смиренно одновременно. Но у многих физиков совершенно иная реакция: по их мнению, идея мультивселенной ненаучна и, возможно, даже «опасна» тем, что может привести к неверно направленным научным усилиям.
Так, Пол Стейнхардт, профессор естественных наук в Принстонском университете, назвал теорию Мультивселенной «Теорией чего угодно», так как она совместима с произвольными наблюдениями и, следовательно, не имеет какого-либо эмпирического уклона.
Сегодня современная наука пока не может ни доказать, ни опровергнуть существование Мультивселенной.
Так или иначе, несмотря на критику теории множественности миров, данные научных исследований (о некоторых из которых рассказано в этой статье) позволяют выдвигать даже такие, кажущиеся на первый взгляд, безумными теории. В конце концов, возвращаясь к аналогии с муравейником, что мы знаем о мире, в котором живем?
А как вы думаете, существует ли Мультивселенная или усилия физиков направлены не в то русло? Ответ будем ждать здесь, а также в комментариях к этой статье!