Почему серьезные ученые очарованы мультивселенной?

Многие из нас любят читать комиксы или смотреть фильмы о супергероях, которые путешествуют по разным вселенным, встречают свои альтернативные версии и сражаются со злодеями. Но не многие знают, что идея мультивселенной — это не только плод возбужденной фантазии художника, но и серьезная научная гипотеза, которая пытается объяснить некоторые из самых сложных и загадочных явлений в физике.

В своем новом труде «The Allure of the Multiverse» физик Пол Халперн рассказывает, как и почему многие ученые пришли к мысли, что наша вселенная может быть не единственной, а лишь одной из множества существующих или возможных вселенных, каждая из которых имеет свои особенности и законы. Он также рассматривает различные подходы к поиску доказательств этой гипотезы, а также ее критику и альтернативы.

Откуда взялась идея мультивселенной?

Концепция мультивселенной возникла не из одного источника, а из нескольких теоретических и экспериментальных проблем, с которыми столкнулись физики в XX и XXI веках. Одна из них — это квантовая механика, которая описывает поведение частиц на микроскопическом уровне. Квантовая механика показала, что частицы могут находиться в суперпозиции разных состояний, пока не произойдет измерение, которое «сворачивает» волновую функцию и определяет конкретный результат. Но что происходит с другими возможными состояниями? Одна из интерпретаций, предложенная Хью Эвереттом в 1957 году, говорит, что при каждом измерении реальность расщепляется на множество параллельных вселенных, в каждой из которых реализуется один из вариантов. Таким образом, существует множество миров, в которых мы живем по-разному, в зависимости от случайных событий на квантовом уровне.

Другая проблема — это несовместимость двух основных теорий физики: квантовой механики и общей теории относительности, которая описывает гравитацию и кривизну пространства-времени. Чтобы согласовать эти теории, физики предположили, что существуют дополнительные измерения, которые мы не можем наблюдать, но которые влияют на нашу реальность. Например, в теории струн, которая пытается объединить все фундаментальные силы и частицы, требуется 10 или 11 измерений. Одна из гипотез, связанных с этим, называется космологией бран, и она предполагает, что наша вселенная — это четырехмерная мембрана, которая существует в пространстве высшей меры вместе с другими мембранами, которые могут быть другими вселенными. Эти мембраны могут сталкиваться, отскакивать или сливаться, порождая новые вселенные.

Третья проблема — это Большой взрыв, который считается началом нашей вселенной. Для того, чтобы объяснить некоторые свойства нашей вселенной, такие как ее однородность, плоскость и отсутствие магнитных монополей, астрофизики предложили, что в самом начале вселенная прошла через фазу экспоненциального расширения, называемого инфляцией. Однако, если инфляция началась, то почему она остановилась? И что если она не остановилась везде, а продолжается в некоторых областях, порождая новые вселенные в виде пузырьков? Эта гипотеза называется вечной инфляцией, и она предполагает, что существует множество пузырьковых вселенных, которые могут иметь разные физические константы и законы.

Как проверить гипотезу о мультивселенной?

Одна из главных претензий к идее мультивселенной — это то, что она не поддается экспериментальной проверке, и поэтому не является научной. Действительно, как мы можем наблюдать или измерять то, что находится за пределами нашей вселенной? Однако, ученые не сдаются и пытаются найти косвенные доказательства или следы мультивселенной в своих наблюдениях.

Один из способов — это изучать космическое микроволновое излучение, которое является реликтом Большого взрыва и несет в себе информацию о ранней стадии нашей вселенной. Изучая вариации температуры и поляризации этого излучения, ученые могут попытаться обнаружить следы инфляции, гравитационных волн или столкновений с другими пузырьковыми вселенными.

Другой способ — это искать признаки дополнительных измерений или гравитонов в экспериментах с высокоэнергетическими частицами, такими как Большой адронный коллайдер. Гравитоны — это гипотетические частицы, которые переносят гравитационное взаимодействие, и они могут «утекать» в другие измерения или вселенные, ослабляя силу гравитации в нашей вселенной.

Третий способ — это использовать компьютерное моделирование и симуляцию космологии, чтобы исследовать, какие условия и параметры могут приводить к образованию мультивселенной, и сравнивать их с нашими наблюдениями.

Стоит ли верить в мультивселенную?

Пока что у нас нет убедительных доказательств существования мультивселенной, и некоторые ученые считают эту гипотезу слишком спекулятивной и нефальсифицируемой. Они говорят, что мультивселенная не решает проблемы физики, а лишь переносит их на другой уровень. Кроме того, они указывают на то, что существуют другие возможные объяснения для наблюдаемых явлений, которые не требуют введения множества вселенных.

Например, вместо того, чтобы прибегать к интерпретации многих миров в квантовой механике, можно использовать другие интерпретации, такие как копенгагенская, пилотная волна или квантовая логика, которые не предполагают существования параллельных реальностей. Вместо того, чтобы допускать дополнительные измерения или мембраны, можно искать другие способы объединить квантовую механику и общую теорию относительности, такие как квантовая гравитация в петлях, квантовая геометрия или голографический принцип. Вместо того, чтобы признавать вечную инфляцию и пузырьковые вселенные, можно исследовать другие сценарии космологии, такие как циклическая модель, модель смешанной темной энергии или модель с переменной скоростью света.

Таким образом, вопрос о мультивселенной остается открытым и спорным. С одной стороны, это захватывающая идея, которая расширяет наше представление о реальности и восхищает наше воображение. С другой стороны, это сложная и неоднозначная гипотеза, которая сталкивается с множеством теоретических и экспериментальных проблем. Возможно, в будущем мы найдем новые данные или аргументы, которые помогут нам разрешить эту дилемму. А пока мы можем только гадать, живем ли мы в одной или во множественных вселенных.