Параллельные вселенные – это не просто математика, а теория, которую можно проверить

Публикуется в разделе "Космос, Вселенная"

Параллельные вселенные, на первый взгляд, кажутся просто плодом воображения писателей-фантастов и к современной теоретической физике не имеют почти никакого отношения. Однако идея "мультивселенной", состоящей из бесконечного числа параллельных вселенных, уже давно считается научно возможной и является предметом активных дискуссий среди физиков. Вопрос в настоящее время состоит в том, чтобы найти способ проверить гипотезу, в том числе путём поисков в небе признаков столкновений нашей Вселенной с другими.

Важно иметь ввиду, что идея "мультивселенной", по сути, теорией не является, это, скорее, следствие нашего нынешнего понимания теоретической физики. Это имеет решающее значение. Просто предположение о том, что наша Вселенная, возможно, всего лишь одна из бесконечного числа вселенных, исходит из таких современных теорий, как квантовая механика и теория струн.

Многомировая интерпретация

Возможно, вы слышали про кота Шрёдингера, о несчастном животном, которое живет в закрытой коробке. Акт открытия коробки позволяет нам выяснить одно из возможных будущих этого кота, в котором он может оказаться мертвым или живым. А до этого момента кот в коробке не жив и не мертв. Наш здравый смысл говорит, что такое невозможно. Однако это вполне возможно согласно странным правилам квантовой механики. Причина этого в том, что пространство вероятностей в квантовой механике огромно. Математически квантово-механическое состояние представляет собой сумму (суперпозицию) всех возможных состояний. В примере кота Шрёдингера это несчастное животное представляет собой суперпозицию "мертвого" и "живого" состояний.

[Также см. Эйнштейн спасает несчастного кота Шрёдингера]

А какой это имеет практический смысл вообще? Самый простой путь – считать наблюдаемое состояние кота единственно "объективно истинным". Однако может оказаться, что реализуются все возможные состояния, и что они все существуют в различных вселенных мультивселенной.

Параллельные вселенные – это не просто математика, а теория, которую можно проверить

Струнный "пейзаж"

Теория струн является одним из наиболее перспективных направлений, чтобы объединить квантовую механику и теорию гравитации. Общеизвестно, что это очень трудная задача, так как силы гравитации трудно описать в масштабах атомов и субатомных частиц, изучением которых занимается квантовая механика. Но в теории струн, которая гласит, что все фундаментальные частицы состоят из одномерных струн, можно описать все известные четыре силы природы – гравитацию, электромагнитное, сильное и слабое взаимодействия.

Однако математически для работы теории струн требуется, по крайней мере, десять измерений. Поскольку мы можем воспринимать только четыре измерения, три пространственных и время, дополнительные измерения, следовательно, должны быть как-то скрыты. Для того чтобы использовать теорию для объяснения физических явлений, эти дополнительные измерения должны быть компактифицированы, то есть свернуты таким образом, чтобы стать очень малыми и невидимыми. Возможно, для каждой точки в наших больших четырех измерениях еще имеются шесть невидимых?

Проблема, или как говорят некоторые, особенность теории струн заключается в том, что есть великое множество способов компактификации. Обычно называется число 10500. Каждая из этих компактификаций приводит ко вселенным с разными физическими законами – разными массами электронов, разными гравитационными постоянными и т.д. Но есть и серьезные возражения против такой методологии компактификации, и таким образом, вопрос этот остается открытым.

Но учитывая все это, возникает очевидный вопрос: какая из этих возможностей ответственна за тот "пейзаж", который мы наблюдаем? В самой теории струн нет механизма предсказания этого, что делает эту теорию бесполезной, поскольку мы не можем ее проверить. Но к счастью, идея космологического исследования ранней Вселенной превратила этот недостаток теории в ее особенность.

Ранняя Вселенная

В очень ранней Вселенной, сразу после Большого Взрыва, она испытала период ускоренного расширения, называемого инфляцией. Инфляция изначально была призвана для объяснения практически равномерной температуры во всей наблюдаемой Вселенной. Тем не менее, теория инфляции также предсказала спектр колебаний температуры близи этого равновесия, который позже был подтвержден несколькими космическими аппаратами, такими как Cosmic Background Explorer, Wilkinson Microwave Anisotropy Probe и "Планк".

Хотя отдельные детали теории инфляции до сих пор горячо обсуждаются, сама теория в целом принята большинством физиков. Тем не менее, одним из следствий этой теории является то, что должны существовать и другие части Вселенной, которые до сих пор ускоряются. Из-за квантовых флуктуаций пространства-времени некоторые части Вселенной никогда не смогут достичь конечного состояния инфляции. Это означает, что Вселенная, по меньшей мере, в нашем нынешнем ее понимании, будет вечно раздуваться. Поэтому некоторые части могут, в конце концов, отрываться и становиться отдельными вселенными, а их части еще отдельными вселенными и т.д. Таким образом, получается, что этот механизм порождает бесконечное число вселенных.

Если объединить этот сценарий с теорией струн, то возможно, что каждая из этих вселенных обладает свойственной только ей компактификацией дополнительных измерений и, стало быть, эти вселенные имеют различные физические законы.

Проверка теории

Вселенные, предсказанные теорией струн и теорией инфляции, существуют в одном физическом пространстве (в отличие от множества вселенных квантовой механики, которые существуют в математическом пространстве), они могут перекрываться или сталкиваться. На самом деле, они неизбежно должны сталкиваться, оставляя возможные "отпечатки" в космосе, которые мы можем попытаться отыскать.

Точные свойства этих "отпечатков" целиком зависят от применяемых моделей – начиная от холодных или горячих точек в реликтовом излучении до аномальных пустот в распределении галактик. Поскольку каждое столкновение с другими вселенными должно происходить в каком-то одном направлении, то ожидается, что такие "отпечатки" будут создавать анизотропию наблюдаемой Вселенной (согласно теориям современной космологии, наша Вселенная выглядит одинаково во всех направлениях, то есть, изотропна).

Такие "отпечатки" активно ищутся учеными. Некоторые ищут их непосредственно на космическом микроволновом фоне (реликтовом излучении). Но пока таких "отпечатков" еще никто не видел. Другие ищут косвенные признаки, такие как гравитационные волны, рябь на ткани пространства-времени, которые могли бы возникнуть при прохождении массивного объекта. Такие волны, будучи обнаружены, могут непосредственно доказать существование инфляции, что в свою очередь укрепило бы теорию "мультивселенной".

Трудно предсказать, будем ли мы когда-либо в состоянии доказать существование других вселенных. Но учитывая, насколько важной может стать такая находка, определенно следует искать.

Юджин Лим Источник: The Conversation
Хотите что-то добавить или возразить? Вы можете оставлять свои комментарии прямо здесь или вступить в наши группы ВКонтакте или в Facebook и участвовать в обсуждениях