Новости всё Наука - iCity.life Архангельск

Вселенная там, где была всегда и будет всегда. По крайней мере, так нам сказали и так следует из самого слова «Вселенная». Но какой бы ни были истинная природа Вселенной, наша способность собирать о ней информацию фундаментально ограничена. С момента Большого Взрыва прошло 13,8 миллиарда лет, и скорость, с которой путешествует информация — предельная скорость, скорость света — ограничена. Поэтому, хотя вся Вселенная может быть воистину безгранична, наблюдаемая Вселенная — нет.

Согласно ведущим идеям теоретической физики, наша Вселенная может быть одним небольшим регионом огромных множественных вселенных, которых может быть бесконечно много. Некоторые из этих идей действительно научны, а некоторые — сугубо спекулятивные, выдающие желаемое за действительное. Давайте научимся их разделять. Но сперва немного предыстории.

Существуют ли множественные вселенные?

Современная Вселенная предлагает нам несколько интересных фактов, которые очень легко наблюдать и проверить, во всяком случае, при помощи научных объектов мирового класса. Мы знаем, что Вселенная расширяется: мы можем измерить свойства галактик, узнать их расстояние и скорость удаления от нас. Чем дальше они, тем быстрее удаляются. В контексте общей теории относительности, это означает, что Вселенная расширяется.

И если Вселенная расширяется сегодня, это означает, что в прошлом она была меньше и плотнее. Если углубиться достаточно далеко в прошлое, можно обнаружить, что она была также более однородной (потому что гравитации потребовалось время, чтобы собрать все по кучкам) и более горячей (потому что меньшие длины волн света означают более высокие энергии и температуры). Это возвращает нас к Большому Взрыву.

Но Большой Взрыв не был самым началом Вселенной. Мы можем заглянуть в прошлое только до определенного момента во времени, за которым прогнозы Большого Взрыва перестают сбываться. Есть несколько наблюдений вещей во Вселенной, которых Большой Взрыв не объясняет, однако объясняет теория космической инфляции.

В 1980-х годах было разработано довольно много теоретических последствий инфляции, включая:

• как должен выглядеть посев крупномасштабных структур;
• что флуктуации температуры и плотности должны существовать в масштабах, превышающих космический горизонт;
• что все регионы космоса, даже с флуктуациями, должны обладать постоянной энтропией;
• должен быть максимум температуры, достигнутый Большим Взрывом.

В 1990-х, 2000-х и 2010-х эти четыре предсказания были наблюдательно подтверждены с высокой точностью. Космическая инфляция побеждает.

Инфляция говорит нам, что до Большого Взрыва Вселенная не была наполнена частицами, античастицами и излучением. Вместо этого она была наполнена энергией, присущей самому пространству и эта энергия приводила к тому, что пространство расширялось быстро, неумолимо и экспоненциально. В определенный момент инфляция закончилась и вся (или почти вся) эта энергия оказалась преобразованной в материю и энергию, положив начало горячему Большому Взрыву. Конец инфляции положил начало Большому Взрыву. То есть, Большой Взрыв был, но не в самом начале.

Если бы это была полная история, у нас в руках оказалась бы одна чрезвычайно большая Вселенная. Ее свойства были бы везде одинаковыми, законы одни и те же, а части, которые были за пределами видимого горизонта, были бы похожи на то место, где мы находимся, однако назвать их множественными вселенными было бы нельзя.

То есть, нельзя было бы до тех пор, пока вы не вспомните, что все существующее физически должно быть квантовым по природе. Даже инфляция со всеми неизвестными, ее окружающими, должна быть квантовым полем.

Если же вам нужно, чтобы инфляция обладала свойствами квантовых полей:

• в ее свойствах должны быть неопределенности, им присущие;
• поле должно описываться волновой функцией;
• значения поля растягиваются со временем;

тогда вы придете к необычному выводу.

Инфляция не закончилась всюду одновременно, а скорее в отдельных, выбранных, независимых местах, в то время как пространство между ними продолжало раздуваться. Должно быть несколько огромных областей пространства, где инфляция заканчивается и начинается Большой Взрыв, но они никогда не встретятся, потому что разделены регионами раздувающегося пространства. После начала инфляция будет продолжаться гарантированно и бесконечно, по крайней мере, в некоторых местах.

Когда инфляция заканчивается, мы получаем Большой Взрыв. Та часть Вселенной, которую мы наблюдаем, это лишь часть региона, в котором инфляция завершилась, за пределами которого много ненаблюдаемой Вселенной. И существует огромное количество регионов, разделенных между собой, с точно такой же историей.

Такова идея множественных вселенных. Как видите, она основывается на двух независимых, хорошо установленных и широко принятых аспектах теоретической физики: квантовая природа всего и свойства космической инфляции. Не существует никакого способа измерить ее, как нет и способа измерить ненаблюдаемую часть Вселенной. Но эти две теории, которые лежат в ее основе, инфляция и квантовая физика, продемонстрировали свою состоятельность. Если они верны, множественные вселенные будут неизбежным следствием этого, а мы будем в них жить.

И что? Существует множество теоретических последствий, которые неизбежны, но о которых мы не можем знать наверняка, потому что не можем их проверить. Множественные вселенные — одно из таких последствий. Не то чтобы это было полезно, это просто интересное предсказание, которое вытекает из теорий.

Почему же так много физиков-теоретиков пишут работы на тему множественных вселенных? На тему параллельных вселенных и их связей с нашей собственной? Почему они утверждают, что множественные вселенные привязаны к струнам, космологической постоянной и тому факту, что наша Вселенная идеально настроена для жизни?

Да потому что лучше идей у них нет.

В контексте теории струн существует огромный список параметров, которые могут, в принципе, принимать практически любое значение. Эта теория не делает никаких предсказаний для них, поэтому мы вынуждены прикидывать их значения в контексте струнных вакуумов. Если вы слышали о невероятно больших числах, вроде знаменитых 10500, которые появляются в теории струн, они отсылают к возможным значениям струнных вакуумов. Мы пока не знаем, что они такое или почему обладают такими значениями. Никто не знает, как их рассчитывать.

Поэтому, вместо того, чтобы говорить: «Это множественные вселенные!», люди думают следующим образом:

• Мы не знаем, почему фундаментальные постоянные обладают такими значениями, которыми обладают.
• Мы не знаем, почему законы физики являются такими, какими являются.
• Теория струн — это рамки, которые могли бы обеспечить наши законы физики нашими фундаментальными постоянными, а также дать нам другие законы или постоянные.
• Следовательно, если у нас будут огромные множественные вселенные, в которых разные регионы будут обладать разными законами и постоянными, один из таковых может быть нашим.

Проблема в том, что все это не только сугубо спекулятивно, но и нет причин, учитывая инфляцию и квантовую физику, полагать, что у раздувающегося пространства-времени разные законы или постоянные в разных регионах.

Не нравится такой подход к рассуждению? Да и никому не нравится.

Как мы уже выяснили, множественные вселенные — это не научная теория сама по себе. Скорее, это теоретическое следствие законов физики в наиболее полном их понимании. Даже если у вас будет инфляционная Вселенная, управляемая квантовой физикой, вы будете к этому привязаны. Но — как и теория струн — она с проблемами: она не предсказывает ничего из того, что мы наблюдали и не смогли объяснить без нее, и она не предсказывает ничего конкретного, на что мы могли бы пойти и взглянуть.

В этой физической Вселенной важно наблюдать все, что мы можем, и собирать по крупицам любое знание, к которому есть доступ. Только из полного набора данных, которые, как мы надеемся, будут верными, можно будет извлечь научные суждения о природе Вселенной. Некоторые из этих выводов будут иметь последствия, которые мы не сможем измерить и доказать: существование множественных вселенных, например. Но когда люди рассуждают о фундаментальных постоянных, о законах физики, о значениях струнных вакуумов, они не занимаются наукой, они просто рассуждают. Можно сколько угодно судачить о множественных вселенных и приводить в пример видные работы таких теоретиков, но делать из этого научный взгляд — нет.