Даже физиков раздражает теория мультивселенной. В поисках жизни в мультивселенной Бесконечное множество вселенных теория

Перевод

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» , 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 , 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 обозначил эту идею во время доклада в 2002 году, эволюционировавшего в его книгу 2014 года, «Наша математическая Вселенная» . 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» . «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 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 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 – физик из Оксфорда, и, как Кэррол и Тегмарк, верный приверженец многомировой интерпретации – пишет в своей книге «Ткань реальности» : «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 , 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 также возился с этой идеей в своей книге «Конец времени» 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.

Теги:

вселенная
мультивселенная
теория множественных миров
квантовая физика
космология

Добавить метки

Мультивселенная – научная концепция предполагающая наличие множества параллельных вселенных. Существует ряд гипотез, описывающих многообразие этих миров, их свойства и взаимодействия.

Успех квантовой теории неоспорим. Ведь она вместе с представляет все фундаментальные законы физики, известные современному миру. Несмотря на это квантовая теория все же ставит ряд вопросов, на которые до сих пор нет определенных ответов. Одним из них является известная «проблема кота Шредингера», которая наглядно демонстрирует зыбкий фундамент квантовой теории, что формируется на предсказаниях и вероятности того или иного события. Речь идет о том, что особенностью частицы, согласно квантовой теории, является существование ее в состоянии равном сумме всех ее возможных состояний. В таком случае если применить данный закон к квантовому миру, то окажется что кот – это сумма состояния живого и мертвого кота!

И хотя законы квантовой теории успешно используются при применении таких технологий как радары, радио, мобильные телефоны и интернет, приходится мириться с указанным выше парадоксом.

В попытке разрешить квантовую проблему была сформирована так называемая «копенгагенская теория», согласно которой состояние кота становится определенным, когда мы открываем коробку и наблюдаем его состояние, а до того оно неопределенное. Однако, применение копенгагенской теории, допустим, к , означает, что Плутон существует лишь с того момента как его открыл американский астроном Клайд Томбо 18 февраля 1930-го года. Только в этот день зафиксировалась волновая функция (состояние) Плутона, а остальные все схлопнулись. Но известно, что возраст Плутона значительно превышает отметку в 3,5 млрд лет, что указывает на проблемы копенгагенской интерпретации.

Множественность миров

Другой вариант решения квантовой проблемы предложил американский физик Хью Эверетт в 1957-м году. Он сформулировал так называемую «многомировую интерпретацию квантовых миров». Согласно ей каждый раз, когда объект переходит из неопределенного состояния в определенное – происходит расщепление этого объекта на количество вероятных состояний. Приводя в пример кота Шредингера, когда мы открываем коробку, появляется вселенная со сценарием, где кот мертв и появляется вселенная, где он остается жив. Таким образом, он находится в двух состояниях, но уже в параллельных мирах, то есть все волновые функции кота остаются действительными и никакая из них не схлопывается.

Именно эту гипотезу множество писателей фантастов использовали в своих научно-фантастических произведениях. Множественность параллельных миров предполагает наличие ряда альтернативных событий, из-за которых история приняла иной ход. К примеру, в каком-то мире непобедимая испанская армада не была разгромлена или Третий рейх победил во Второй мировой войне.

Более современная интерпретация этой модели объясняет невозможность взаимодействия с другими мирами отсутствием когерентности волновых функций. Грубо говоря, в какой-то момент волновая функция нашей перестала колебаться в такт с функциями параллельных миров. Тогда вполне возможно, что мы можем сосуществовать в квартире с «сожителями» из иных вселенных, не взаимодействуя с ними никоим образом, и, равно как и они, быть убежденными в том, что именно наша Вселенная настоящая.

На самом деле термин «многомировая» — не совсем подходящей для данной теории, так как она предполагает один мир с множеством вариантов событий, происходящих одновременно.

Большинство физиков-теоретиков согласны с тем, что данная гипотеза невероятно фантастическая, однако она объясняет проблемы квантовой теории. Впрочем, ряд ученых не считают многомировую интерпретацию научной, так как она не может быть подтверждена или опровержима при помощи научного метода.

В квантовой космологии

Сегодня гипотеза о множественности миров вновь возвращается на научную сцену, так как ученые намерены использовать квантовую теорию не для каких-либо объектов, а применить по отношению ко всей Вселенной. Речь идет о так называемой «квантовой космологии», которая, как может показаться с первого взгляда, несет абсурд даже в своей формулировке. Вопросы данной научной области связаны с Вселенной. Мизерные же размеры Вселенной на первых этапах ее формирования вполне согласуются с масштабами квантовой теории.

В таком случае, если размеры Вселенной были порядка , то применив к ней квантовую теорию, мы также можем получить неопределенное состояние Вселенной. Последнее подразумевает наличие других вселенных, находящихся в различных состояниях с разной вероятностью. Тогда состояния всех параллельных миров в сумме дают одну единственную «волновую функцию Вселенной». В отличие от многомировой интерпретации квантовые вселенные существуют раздельно.

Как известно, существует проблема тонкой настройки Вселенной, которая обращает внимание на то, что физические фундаментальные константы, задающие основные законы природы в мире, подобраны идеально для существования жизни. Будь масса протона немного меньше, формирование элементов тяжелее водорода было бы невозможным. Это проблема может быть решена при помощи модели мультивселенной, в которой реализуется множество параллельных вселенных с различными фундаментальными . Тогда вероятность существования некоторых из этих миров мала и они «умирают» вскоре после зарождения, например, сжимаются или разлетаются. Другие же, константы которых формируют не противоречивые законы физики, с большой вероятностью остаются стабильными. Согласно этой гипотезе, мультивселенная включает большое количество параллельных миров, большинство из которых являются «мертвыми», и лишь небольшое число параллельных вселенных позволяет им существовать длительное время, и даже дает право на наличие разумной жизни.

В теории струн

Одной из наиболее перспективных областей теоретической физики является . Она занимается описанием квантовых струн – протяженных одномерных объектов, колебание которых представляется нам в виде частиц. Первоначальное призвание данной теории состоит в том, чтобы объединить две фундаментальные теории: общую теорию относительности и квантовую теорию. Как оказалось позже, сделать это можно несколькими способами, в результате чего образовалось несколько теорий струн. В середине 1990-х годов ряд физиков-теоретиков обнаружили, что эти теории являются различными случаями одной конструкции, позже названой как «М-теория».

Ее особенность заключается в существовании некой 11-мерной мембраны, струны которой пронизывают нашу Вселенную. Однако мы живем в мире с четырьмя измерениями (три координаты пространства и одна временная), куда же деваются другие измерения? Ученые предполагают, что они замыкаются сами на себе в самых маленьких масштабах, которые пока не удается пронаблюдать, в силу недостаточного развития технологий. Из этого утверждения вытекает иная сугубо математическая проблема – возникает большое число «ложных вакуумов».

Простейшее объяснение этой свертки ненаблюдаемых нами пространств, а также наличие ложных вакуумов – мультивселенная. Физики, занимающиеся теорий струн, опираются на утверждение о том, что существует огромное число других вселенных, в которых не только другие физические законы, но также и иное количество измерений. Таким образом, мембрану нашей Вселенной в упрощенном виде можно представить как сферу, пузырь, на поверхности которого обитаем мы, и 7 измерений которого находятся в «свернутом» состоянии. Тогда наш мир вместе с другими вселенными-мембранами – что-то вроде множества мыльных пузырей, что плавают в 11-мерном гиперпространстве. Мы же, существуя в 3-хмерном пространстве, и не можем выбраться за его пределы, а потому и не имеем возможности взаимодействовать с иными вселенными.

Как уже упоминалось ранее, большинство параллельных миров, вселенных – мертвы. То есть в силу нестабильных или непригодных для жизни физических законов их вещество может быть представлено, например, лишь в виде бесструктурного скопления электронов и . Причиной тому разнообразие возможных квантовых состояний частиц, иные значения фундаментальных констант и другое количество измерений. Примечательно, что такое предположение не противоречит принципу Коперника, утверждающего, что наш мир не уникален. Так как хоть и в малом количестве, но могут существовать миры, физические законы которых, несмотря на свое отличие от наших, все же допускают формирование сложных структур и зарождение разумной жизни.

Состоятельность теории

Хотя гипотеза о мультивселенной и выглядит как сценарий для научно-фантастической книги, она имеет лишь один недостаток – ученым не представляется возможным доказать или опровергнуть ее при помощи научного метода. Но за ней стоит сложная математика и на нее опирается ряд значимых и перспективных физических теорий. Аргументы в пользу мультивселенной представлены следующим списком:

Является фундаментом для существования многомировой интерпретации квантовой механики. Одной из двух передовых теорий (наряду с копенгагенской интерпретацией), решающих проблему неопределенности в квантовой механике.
Объясняет причины существования тонкой настройки Вселенной. В случае с мультивселенной, параметры нашего мира – лишь один из множества возможных вариантов.
Является так называемым «ландшафтом теории струн», так как решает проблему ложных вакуумов и позволяет описать причину, по которой определенное количество измерений нашей Вселенной сворачиваются.

Поддерживается , которая наилучшим образом объясняет ее расширение. На ранних этапах формирования Вселенной, вероятнее всего она могла быть разделена на две вселенные и более, каждая из которых эволюционировала независимо от другой. На теории инфляции строится современная стандартная космологическая модель Вселенной — Лямбда-CDM.

Шведский космолог Макс Тегмарк предложил классификацию различных альтернативных миров:

Вселенные, находящиеся за пределами нашей видимой Вселенной.
Вселенные с иными фундаментальными константами и числами измерений, которые, к примеру, могут располагаться на других мембранах, согласно М-теории.
Параллельные вселенные, возникающие согласно многомировой интерпретации квантовой механики.
Конечный ансамбль – все возможные вселенные.

О дальнейшей судьбе теории о мультивселенной пока нечего сказать, но на сегодня она занимает почетное место в космологии и теоретической физике, и поддерживается рядом выдающихся физиков современности: Стивен Хокинг, Брайан Грин, Макс Тегмарк, Митио Каку, Алан Гут, Нил Тайсон и другие.

Параллельные вселенные - это теория или действительность? Многие ученые-физики бьются над решением этого вопроса далеко не первый год.

Существуют ли параллельные вселенные?

Является ли наша Вселенная одной из множества? Идея параллельных вселенных, ранее приписываемая исключительно научной фантастике, теперь становится все более уважаемой среди ученых - по крайней мере, среди физиков, которые обычно доводят любую идею до самых рамок того, что вообще можно предположить. В действительности существует огромное количество потенциальных параллельных вселенных. Физики предложили несколько возможных форм «мультивселенной», каждая из которых является возможной по тому или иному аспекту законов физики. Проблема, которая вытекает непосредственно из самого определения, заключается в том, что люди никогда не смогут посетить эти вселенные, чтобы убедиться в том, что они существуют. Таким образом, вопрос заключается в том, как другими методами проверить существование параллельных вселенных, которые невозможно увидеть или потрогать?

Зарождение идеи

Предполагается, что по крайней мере в некоторых из этих вселенных живут человеческие двойники, которые проживают похожие или даже идентичные жизни с людьми из нашего мира. Такая идея затрагивает ваше эго и пробуждает фантазии - именно поэтому мультивселенные, какими бы далекими и недоказуемыми они ни были, всегда получали такую широкую популярность. Наиболее наглядно вы могли увидеть идеи мультивселенных в таких книгах, как «Человек в высоком замке» Филиппа К. Дика, и в таких фильмах, как «Осторожно, двери закрываются». На самом деле, нет ничего нового в идее мультивселенных - это наглядно доказывает религиозный философ Мери-Джейн Рубенштейн в своей книге «Миры без конца». В середине шестнадцатого века Коперник спорил о том, что Земля не является центром Вселенной. Спустя несколько десятилетий телескоп Галилео показал ему звезды вне досягаемости, так человечество получило первое представление о необъятности космоса. Таким образом, в конце шестнадцатого века итальянский философ Джордано Бруно рассуждал о том, что Вселенная может быть бесконечной и содержать в себе бесконечное число населенных миров.

Вселенная-матрешка

Идея о том, что Вселенная содержит множество солнечных систем, стала довольно распространенной в восемнадцатом веке. В начале двадцатого века ирландский физик Эдмунд Фурнье Д’Альба даже предположил, что может существовать бесконечная регрессия «вложенных» вселенных разного размера, как больших, так и меньших. С этой точки зрения, отдельно взятый атом можно рассматривать как настоящую населенную солнечную систему. Современные ученые отрицают предположение о существовании мультивселенной-матрешки, но взамен они предложили несколько других вариантов, в которых могут существовать мультивселенные. Вот самые популярные среди них.

Лоскутная вселенная

Самая простая из этих теорий вытекает из идеи о бесконечности Вселенной. Невозможно знать наверняка, является ли она бесконечной, но и отрицать это невозможно. Если она все же бесконечна, то она должна быть разделена на «лоскуты»-регионы, которые не видны друг другу. Почему? Дело в том, что эти регионы находятся настолько далеко друг от друга, что свет не может преодолеть такую дистанцию. Возраст Вселенной составляет всего 13.8 миллиарда лет, так что любые регионы, находящиеся на расстоянии 13.8 миллиарда световых лет друг от друга, полностью отрезаны друг от друга. В соответствии со всеми данными, эти регионы могут считаться отдельными вселенными. Но они не остаются в таком состоянии навсегда - в конце концов свет переходит границу между ними, и они расширяются. И если Вселенная на самом деле состоит из бесконечного количества «островных вселенных», содержащих материю, звезды и планеты, то где-то должны быть и миры, идентичные Земле.

Инфляционная мультивселенная

Вторая теория вырастает из идей о том, как Вселенная зародилась. В соответствии с доминирующей версией о Большом Взрыве, она началась как бесконечно малая точка, которая невероятно быстро расширилась в раскаленном огненном шаре. Спустя долю секунды после начала расширения ускорение уже достигло такой огромной скорости, которая намного превышала скорость света. И этот процесс называется «инфляцией». Инфляционная теория объясняет, почему Вселенная является относительно однородной в любой отдельно взятой ее точке. Инфляция расширила этот огненный шар до космических масштабов. Однако изначальное состояние также имело большое количество различных случайных вариаций, которые также подверглись инфляции. И теперь они сохраняются в качестве реликтовой радиации, слабого послесвечения Большого Взрыва. И это излучение пронизывает всю Вселенную, делая ее не такой равномерной.

Космический естественный отбор

Данная теория была сформулирована Ли Смолиным из Канады. В 1992 году он предположил, что вселенные могут развиваться и воспроизводиться точно так же, как живые существа. На Земле естественный отбор способствует появлению «полезных» черт, таких как большая скорость бега или особое расположение больших пальцев. В мультвселенной также должно существовать определенное давление, которое делает одни вселенные лучшими, чем другие. Смолин назвал эту теорию «космическим естественным отбором». Идея Смолина заключается в том, что «материнская» вселенная может давать жизнь «дочерним», которые формируются внутри нее. Материнская вселенная может сделать это только в том случае, если у нее имеются черные дыры. Черная дыра формируется, когда большая звезда разрушается под воздействием ее собственной силы притяжения, сталкивая все атомы до такой степени, пока они не достигают бесконечной плотности.

Мультивселенная брана

Когда общая теория относительности Альберта Эйнштейна начала набирать популярность в двадцатые годы, многие люди обсуждали «четвертое измерение». Что может там находиться? Возможно, скрытая вселенная? Это была бессмыслица, Эйнштейн не предполагал существование новой вселенной. Все, что он говорил - это то, что время является таким же измерением, которое похоже на три измерения пространства. Все четыре сплетаются между собой, образую пространственно временной континуум, материя которого искажается - и получается гравитация. Несмотря на это, другие ученые начали обсуждать возможность существования других измерений в космосе. Впервые намеки на скрытые измерения появились в работах теоретического физика Теодора Калуцы. В 1921 году он продемонстрировал, что, добавляя к уравнению общей теории относительности Эйнштейна новые измерения, можно получить дополнительное уравнение, с помощью которого можно предсказывать существование света.

Многомировая интерпретация (квантовая мультивселенная)

Теория квантовой механики является одной из самых успешных во всей науке. Она обсуждает поведение самых малых объектов, таких как атомы и их составляющие элементарные частицы. Она может предсказывать самые различные феномены, начиная от формы молекул и заканчивая тем, как взаимодействуют свет и материя - и все это с невероятной точностью. Квантовая механика рассматривает частицы в форме волн и описывает их математическим выражением, которое именуется волновой функцией. Возможно, самой странной особенностью волновой функции является то, что она позволяет частице существовать одновременно в нескольких состояниях. Это называется суперпозицией. Но суперпозиции разрушаются, как только предмет измеряется любым способом, так как измерения заставляют объект выбрать конкретную позицию. В 1957 году американский физик Хью Эверетт предложил перестать жаловаться на странную природу такого подхода и просто жить с ним. Он также предположил, что объекты не переключаются на конкретную позицию при их измерении - вместо этого он считал, что все возможные позиции, заложенные в волновую функцию, одинаково реальны. Поэтому, когда происходит измерение предмета, человек видит лишь одну из многих реальностей, но все остальные реальности также существуют.

Вы уникальны? В вашем восприятии мира, ответ прост: вы отличаетесь от любого другого человека на этой планете. А наша Вселенная уникальна? Концепция множественных реальностей или параллельных вселенных усложняет этот ответ и бросает вызов: что мы знаем о вселенной и о нас самих?

Одна модель потенциальных множественных вселенных называется теорией множественности миров. Теория может показаться странной и нереальной настолько, что её место в научно-фантастических фильмах, а не в реальной жизни. Тем не менее, нет эксперимента, который может неопровержимо дискредитировать ее обоснованность.

Происхождение гипотезы параллельных вселенных тесно связано с внедрением идеи квантовой механики в начале 1900-х годов. Квантовая механика, раздел физики, который изучает микромир, предсказывает поведение наноскопических объектов. У физиков возникли трудности с подгонкой под математическую модель поведение квантовой материи. Например, фотон, крошечные пучок света, может перемещаться вертикально вверх и вниз при перемещении по горизонтали вперед или назад.

Такое поведение резко контрастирует с объектами, видимыми невооруженным глазом - все, что мы видим, движется либо как волна, либо частица. Эта теория двойственности материи была названа принципом неопределенности Гейзенберга (ПНГ), в котором говорится, что акт наблюдения влияет на величины, такие как скорость и положение.

По отношению к квантовой механике, этот эффект наблюдения может повлиять на форму - частица или волна - квантовых объектов во время измерений. Будущие квантовые теории, например, копенгагенская интерпретация Нильса Бора, использовали ПНГ для утверждения, что наблюдаемый объект не сохраняет свою двойственную природу и может быть только в одном состоянии.

В 1954 году молодой студент Принстонского университета по имени Хью Эверетт предложил радикальное предположение, которое отличалось от популярных моделей квантовой механики. Эверетт не верил, что наблюдение вызывает квантовый вопрос. Вместо этого, он утверждал, что наблюдение квантовой материи создает раскол во вселенной. Другими словами, вселенная создает свои копии с учетом всех вероятностей, и эти дубликаты будут существовать независимо друг от друга. Каждый раз, когда фотон измеряет ученый, например, в одной вселенной и анализирует его в виде волны, тот же ученый в другой вселенной будет анализировать его в форме частицы. Каждая из этих вселенных предлагает уникальную и независимую реальность, которые сосуществуют с другими параллельными вселенными.

Если теория множественности миров Эверетта (ТММ) верна, она содержит множество последствий, которые полностью преобразуют наше восприятие жизни. Любое действие, которое имеет более одного возможного результата, приводит к расколу Вселенной. Таким образом, существует бесконечное число параллельных вселенных и бесконечных копий каждого человека. Эти копии имеют одинаковые лица и тела, но различные личности (один может быть агрессивным, а другой пассивным), поскольку каждый из них получает индивидуальный опыт. Бесконечное число альтернативных реальностей также предполагает, что никто не может достигнуть уникальных достижений. Каждый человек - или другая версия этого человека в параллельной вселенной - сделал или сделает все.

Кроме того, из ТММ следует, что все бессмертны. Старость не перестанет быть верным убийцей, но некоторые альтернативные реальности могут быть настолько научно и технологически продвинутыми, что разработали антивозрастную медицину. Если вы умрете в одном мире, другая версия вас в другом мире выживет.

Самым тревожным последствием параллельных вселенных является то, что ваше восприятие мира нереально. Наша "реальность" на этот момент в одной параллельной вселенной будет полностью отличаться от другого мира; это только крошечная фикция бесконечной и абсолютной истины. Вы можете поверить, что читаете эту статью в данный момент, но есть множество ваших копий, которые не читают. На самом деле, вы даже автор этой статьи в отдаленной реальности. Таким образом, выигрыш приза и принятия решений имеет значения, если мы можем потерять эти награды и выбрать нечто иное? Или жить, стараясь достичь большего, если можем быть в действительности мертвыми в другом месте?

Некоторые ученые, такие как австрийский математик Ганс Моравек, пытались развенчать возможность параллельных вселенных. Моравец разработал в 1987 году знаменитый эксперимент под названием квантовое самоубийство, в котором на человека направлено ружьё, соединенное с механизмом, измеряющим кварк. Каждый раз, когда дергают спусковой механизм, измеряется спин кварка. В зависимости от результата измерения оружие либо выстреливает, либо нет. На основании этого эксперимента ружье выстрелит или не выстрелит в человека с 50-процентной вероятностью для каждого сценария. Если ТММ не верна, то вероятность выживания человека уменьшается после каждого измерения кварка, пока не достигнет нуля.

С другой стороны, ТММ утверждает, что экспериментатор всегда имеет 100% шанс выжить в какой-то параллельной вселенной, и человек сталкивается с квантовым бессмертием.

Когда измеряется кварк, есть две возможности: оружие может либо выстрелить, либо нет. В этот момент, ТММ утверждает, что Вселенная расщепляется на две разные вселенные для учета двух вероятных концовок. Оружие будет выстреливать в одной реальности, но не срабатывать в другой.

По моральным соображениям, ученые не могут использовать эксперимент Моравека, чтобы опровергнуть или подтвердить существование параллельных миров, так как испытуемые могут быть только мертвыми в этой конкретной реальности и все еще живыми в другом параллельном мире. В любом случае, теория множественности миров и ее поразительные последствия бросает вызов всему, что мы знаем о вселенной.

Пока не очень понятно? Ничего страшного...

Как часто вы задумываетесь о том, как бы был устроен наш мир сегодня, если бы результат каких-то ключевых исторических событий был другим? Какой была бы наша планета, если бы динозавры, например, не вымерли? Каждое наше действие, решение автоматически становится частью прошлого. По сути дела, настоящего нет: все, что мы делаем в данную минуту, уже не изменить, оно записано в памяти Вселенной. Однако существует теория, согласно которой существует множество вселенных, где мы живем абсолютно другой жизнью: каждое наше действие связано с определенным выбором и, делая этот выбор на нашей Вселенной, в параллельной – «другой я» принимает противоположное решение. Насколько оправдана такая теория с научной точки зрения? Почему ученые прибегли к ней? Попробуем разобраться в нашей статье.

Многомировая концепция Вселенной

Впервые теорию о вероятном множестве миров упомянул американский физик Хью Эверетт. Он предложил свою разгадку одной из главных квантовых загадок физики. Перед тем как перейти непосредственно к теории Хью Эверетта, необходимо разобраться, что это за тайна квантовых частиц, которая не дает покоя физикам всего мира уже не один десяток лет.

Представим себе обычный электрон. Оказывается, в качестве квантового объекта он может находиться в двух местах одновременно. Это его свойство называют суперпозицией двух состояний. Но магия на этом не заканчивается. Как только мы захотим как-то конкретизировать местоположение электрона, например, попытаемся его сбить другим электроном, то из квантового он станет обычным. Как такое возможно: электрон был и в пункте А, и в пункте Б и вдруг в определенный момент перепрыгнул в Б?

Хью Эверетт предложил свою интерпретацию этой квантовой загадки. Согласно его многомировой теории, электрон так и продолжает существовать в двух состояниях одновременно. Все дело в самом наблюдателе: теперь он превращается в квантовый объект и разделяется на два состояния. В одном из них он видит электрон в пункте А, в другом – в Б. Существуют две параллельные реальности, и в какой из них окажется наблюдатель – неизвестно. Деление на реальности не ограничено числом два: их ветвление зависит лишь от вариации событий. Однако все эти реальности существуют независимо друг от друга. Мы, как наблюдатели, попадаем в одну, выйти из которой, как и переместиться в параллельную, невозможно.

Octavio Fossatti / Unsplash.com

С точки зрения этой концепции легко объясняется и эксперимент с самым научным котом в истории физики – котом Шредингера. Согласно многомировой интерпретации квантовой механики, несчастный кот в стальной камере одновременно и жив, и мертв. Когда мы раскрываем эту камеру, то как бы сливаемся с котом и образуем два состояния – живое и мертвое, которые не пересекаются. Образуются две разные вселенные: в одной наблюдатель с мертвым котом, в другой – с живым.

Стоит сразу отметить, что многомировая концепция не предполагает наличия множества вселенных: она одна, просто многослойная, и каждый объект в ней может находиться в разных состояниях. Такую концепцию нельзя считать экспериментально подтвержденной теорией. Пока что это всего лишь математическое описание квантовой загадки.

Теорию Хью Эверетта поддерживают физик, профессор австралийского университета Гриффита Говард Уайзман, доктор Майкл Холл из Центра квантовой динамики университета Гриффита и доктор Дирк-Андре Деккерт из Университета Калифорнии. По их мнению, параллельные миры действительно есть и наделены разными характеристиками. Любые квантовые загадки и закономерности – это последствие «отталкивания» друг от друга миров-соседей. Возникают эти квантовые явления для того, чтобы каждый мир был не похож на другой.

Концепция параллельных вселенных и теория струн

Из школьных уроков мы хорошо помним, что в физике есть две главные теории: общая теория относительности и квантовая теория поля. Первая объясняет физические процессы в макромире, вторая – в микро. Если обе эти теории использовать на одном масштабе, они будут противоречить друг другу. Кажется логичным, что должна существовать некая общая теория, применимая к любым расстояниям и масштабам. В качестве таковой физики выдвинули теорию струн.

Дело в том, что на очень мелких масштабах возникают некие колебания, которые похожи на колебания от обычной струны. Эти струны заряжены энергией. «Струны» – это не струны в прямом смысле. Это абстракция, которая объясняет взаимодействие частиц, физические постоянные величины, их характеристики. В 1970-х годах, когда теория зародилась, ученые считали, что она станет универсальной для описания всего нашего мира. Однако оказалось, что эта теория работает только в 10-мерном пространстве (а мы живем в четырехмерном). Остальные шесть измерений пространства просто сворачиваются. Но, как оказалось, сворачиваются не простым способом.

В 2003 году ученые выяснили, что сворачиваться они могут огромным количеством методов, и в каждом новом способе получается своя вселенная с разными физическими константами.

Jason Blackeye / Unsplash.com

Как и в случае с многомировой концепцией, теорию струн достаточно трудно доказать экспериментально. Кроме того, математический аппарат теории настолько труден, что для каждой новой идеи математическое объяснение нужно искать буквально с нуля.

Гипотеза математической вселенной

Космолог, профессор Массачусетского технологического института Макс Тегмарк в 1998 году выдвинул свою «теорию всего» и назвал ее гипотезой математической вселенной. Он по-своему решил проблему существования большого количества физических законов. По его мнению, каждому набору этих законов, которые непротиворечивы с точки зрения математики, соответствует независимая вселенная. Универсальность теории в том, что с ее помощью можно объяснить все разнообразие физических законов и значения физических постоянных.

Тегмарк предложил все миры по его концепции разделить на четыре группы. К первой относятся миры, находящиеся за пределами нашего космического горизонта, так называемые внеметагалактические объекты. Во вторую группу входят миры с другими физическими константами, отличными от постоянных нашей Вселенной. В третью – миры, которые появляются в результате интерпретации законов квантовой механики. Четвертая группа – это некая совокупность всех вселенных, в которых проявляются те или иные математические структуры.

Как отмечает исследователь, наша Вселенная не единственная, так как пространство безгранично. Наш мир, где мы живем, ограничен пространством, свет из которого дошел до нас за 13,8 миллиарда лет после Большого взрыва. Узнать о других вселенных достоверно мы сможем еще минимум через миллиард лет, пока свет от них достигнет нас.

Стивен Хокинг: черные дыры – путь в другую вселенную

Стивен Хокинг также является сторонником теории множества вселенных. Один из самых известных ученых современности в 1988 году впервые представил свое эссе «Черные дыры и молодые вселенные». Исследователь предполагает, что черные дыры – это дорога к альтернативным мирам.

Благодаря Стивену Хокингу мы знаем, что черным дырам свойственно утрачивать энергию и испаряться, выпуская при этом излучение Хокинга, получившее имя самого исследователя. До того, как великий ученый сделал это открытие, научное сообщество полагало, что все, что каким-либо образом попадает в черную дыру, исчезает. Теория Хокинга опровергает это предположение. По мнению физика, гипотетически любая вещь, предмет, объект, попавший в черную дыру, вылетает из нее и попадает в иную вселенную. Однако такое путешествие является движением в один конец: обратно вернуться никак нельзя.