Существование параллельных вселенных может казаться каким-то фантастическим вопросом, которым впору задаваться лишь писателям-фантастам и который не имеет отношения к современной теоретической физике. Но идея того, что мы живем во множественной вселенной, состоящей из параллельных вселенных, долгое время считалась научно обоснованной — хотя и очень спорной. И все же поиск способов проверки этой теории, включая просмотр неба в поисках мест столкновений с другими вселенными, идет полным ходом.
Важно иметь в виду, что теория множественных вселенных не совсем теория, а скорее следствие нашего текущего понимания теоретической физики. Это важная разница. Мы не можем махнуть рукой и сказать: «Ладно, пусть будет мультивселенная». То, что наша Вселенная может быть одной из множества других, вытекает из текущих теорий вроде квантовой механики и теории струн.
Многомировая интерпретация
Вы, возможно, слышали о мысленном эксперименте с котом Шрёдингера, жутким животным, которое живет в закрытой коробке. Акт открытия коробки позволяет нам узнать одну из возможных историй будущего нашего кота, включая и то, в котором он одновременно и жив, и мертв. Причина того, что это кажется невозможным, заключается в том, что наша человеческая интуиция попросту не знакома с таким исходом.
Однако согласно странным правилам квантовой механики, такое будущее вполне возможно. Причина того, что это может случиться, заключается в огромном пространстве возможностей в квантовой механике. Математически квантово-механическое состояние является суммой (суперпозицией) всех возможных состояний. В случае с котом Шрёдингера, кот находится в суперпозиции состояний «жив» и «мертв».
Но как нам привести все это в соответствие с нашим здравым смыслом? Можно предполагать, что из всех этих состояний «объективно истинно» лишь одно: которое мы наблюдаем. Но можно предположить, что истинны все возможности и что они существуют в разных вселенных множественной вселенной.
Струнный пейзаж
Теория струн — одно из наших самых (если не самая) многообещающих направлений, которые могут объединить квантовую механику и гравитацию. Это чрезвычайно трудно, поскольку гравитационную силу сложно описать на малых дистанциях, где функционируют атомы и субатомные частицы — в царстве квантовой механики.
Но теория струн, которая утверждает, что все фундаментальные частицы состоят из одномерных струн, может описать все известные силы природы одновременно: гравитацию, электромагнетизм и ядерные взаимодействия.
Тем не менее, чтобы теория струн работала математически, она требует минимум десять физических измерений. Поскольку мы можем наблюдать только четыре измерения: высоту, ширину, глубину (пространственные) и время (временное), дополнительные измерения теории струн должны быть каким-то образом скрытыми.
Чтобы использовать эту теорию для объяснения физических явлений, которые мы знаем, эти дополнительные измерения должны быть «компактифицированы», свернувшись так, чтобы их и разглядеть нельзя было. Возможно, в каждой точке наших четырех крупных измерений существует шесть дополнительных неразличимых измерений.
Проблема, или, как сказали бы некоторые, особенность, теории струн в том, что есть много способов сделать такую компактификацию — 10^500 возможностей. Каждая из таких компактификаций приводит к вселенной с другими физическими законами — с другими массами электронов и гравитационными постоянными. Однако есть и энергичные возражения к методологии компактификации, поэтому вопрос считать решенным нельзя.
Из всего этого вытекает вопрос: в каком из возможных струнных пейзажей мы живем? Сама теория струн не предоставляет механизм для такого прогноза, что делает ее бесполезной по причине непроверяемости. К счастью, идея нашего исследования космологии ранней Вселенной превратила этот баг в фичу.
Ранняя Вселенная
Во времена самой ранней Вселенной, еще до Большого Взрыва, Вселенная претерпела период ускоренного расширения — инфляцию. Инфляция изначально должна была объяснить, почему температура нынешней наблюдаемой Вселенной почти равномерна.
Тем не менее эта теория также предсказала спектр колебания температур вокруг этого равновесия, что позднее подтвердили космические аппараты Cosmic Backgroung Explorer, Wilkinson Microwave Anisotropy Probe и PLANCK.
Хотя точные детали этой теории до сих пор горячо обсуждаются, инфляция хорошо принята физиками. Тем не менее следствием этой теории является то, что должны быть и другие части Вселенной, которые до сих пор ускоряются.
Тем не менее из-за квантовых флуктуаций пространства-времени некоторые части Вселенной никогда не достигнут конечного состояния инфляции. Это означает, что Вселенная, по крайней мере в соответствии с нашим текущим пониманием, будет в состоянии вечной инфляции. Некоторые ее части в конечном счете могут стать другими вселенными, те, в свою очередь, другими. Такой механизм производит бесконечное число вселенных.
Если совместить такой сценарий с теорией струн, есть возможность, что каждая из этих вселенных обладает разной компактификацией дополнительных измерений, а значит и разными физическими законами.
Проверка теории
Такие вселенные, предсказанные теорией струн и инфляции, которые живут в одном физическом пространстве (в отличие от многих квантово-механических вселенных, которые живут в математическом пространстве), могут накладываться или сталкиваться. Они неизбежно будут сталкиваться, оставляя возможные сигнатуры в космическом небе, которые мы можем попытаться поискать.
Точные детали этих сигнатур зависят уже от конкретных моделей — от холодных до горячих пятен в космическом микроволновом фоне до аномальных пустот в распределении галактик. Тем не менее, поскольку столкновения с другими вселенными должны происходить в определенном направлении, ожидается, что любые сигнатуры будут разрывать однородность нашей наблюдаемой вселенной.
Эти сигнатуры активно ищут ученые. Некоторые вглядываются в отпечатки космического микроволнового фона, послесвечения Большого Взрыва. Тем не менее подобных сигнатур пока не нашли. Другие ищут косвенное подтверждение в виде гравитационных волн, ряби в ткани пространства-времени, которая появляется при прохождении сквозь нее массивных объектов. Такие волны могут напрямую подтвердить существование инфляции, что еще больше укрепит теорию множественных вселенных.
Сможем мы доказать их существование или нет, пока неизвестно. Но учитывая грандиозные последствия такого доказательства, поиск, безусловно, стоит продолжать.
Источник
|
