General, Research, Technology

Чому фізики вважають, що ми живемо в мультивселенной?

Незважаючи на науковий прогрес і останнідосягнення людства, наші знання про Всесвіт вкрай малі. Причина, почасти, полягає в тому, що ми насилу можемо уявити собі такі концепції (або поняття), як, наприклад, нескінченність або Великий вибух, а також те, що було до нього. У пошуках відповідей на найважливіші питання вчені розглядають навіть самі суперечливі і спірні теорії. Однією з таких є теорія мультивселенной. Деякі основоположники теорії інфляції, в тому числі фізик зі Стенфордського університету Андрій Лінде, висунули ідею про те, що квантові флуктуації під час інфляції породили не тільки галактики, а й цілі всесвіти. З цієї статті ви дізнаєтеся, чому теорії мультивселенной варто приділити увагу.

Якщо теорія мультивселенной вірна, то що це означає для кожного з нас?

Згідно космологічної моделі гарячоїВсесвіту, еволюція Всесвіту починається з стану щільної гарячої плазми, яка складається з елементарних частинок і протікає при подальшому розширенні Всесвіту.

зміст

  • 1 Популярна теорія
  • 2 Geek Picnic Online 2020
  • 3 Інфляційна модель Всесвіту
  • 4 Всесвіт з нічого
  • 5 Що таке Мультивсесвіт?
  • 6 Реальність чи фантастика?

Популярна теорія

Перш ніж зануритися в тонкощі захоплюючій теорії мультивселенной, нагадаю, що інфляційна модель Всесвіту - це гіпотеза про фізичний стан і законірозширення молодому Всесвіті (незабаром після Великого вибуху), яка суперечить космологічної моделі гарячого Всесвіту. Справа в тому, що ця загальноприйнята модель не позбавлена ​​недоліків, багато з яких були вирішені в 1980-х роках ХХ століття саме в результаті побудови інфляційної моделі Всесвіту.

Примітно, що якою б далекою наука проВсесвіті не здавалася недосвідченому читачеві, популярна культура спільно з вченими виконали по-справжньому приголомшливу роботу. Так, в останні роки життя видатний фізик-теоретик Стівен Хокінг працював над темами, від яких у більшості дослідників - за їхніми ж визнанням - «болить голова»: Хокінг у співавторстві з фізиком Томасом Хертог з Католицького університету Левена в Бельгії працювали над уже знаменитою статтею , присвяченій проблемі мультивселенной.

Як це часто трапляється в епоху фейковий новині дезінформціі, через те, що робота Хокінга і Хертога була розміщена на сервері препринтів Airxiv (на цьому сервері вчені обмінюються чернетками статей, перш ніж вони будуть опубліковані в рецензованих наукових журналах), це породило безліч безпідставних повідомлень про те, що Стівен Хокінг передбачив кінець світу а заодно запропонував спосіб виявлення альтернативних всесвітів.

Вам буде цікаво: Хто такий Стівен Хокінг? Частина перша: сходження легенди

Насправді ж саме дослідження,опубліковане пізніше в журналі Journal of High Energy Physics, не настільки сенсаційно. В роботі мова йде про феномен: якщо Великий Вибух породив нескінченні всесвіти з невичерпним числом варіацій законів фізики, то як вчені можуть сподіватися відповісти на фундаментальні питання про те, чому наш Всесвіт виглядає саме так як виглядає?

На фото британський фізик-теоретик, космолог і астрофізик, письменник Стівен Хокінг

Коли Всесвіт виник, а це сталося приблизно 13,8 мільярдів років тому, вона піддалася інфляційно-експоненціального розширення за дуже короткий проміжок часу. В ході цього процесу, крихітні квантові флуктуації в просторі були збільшені до космічних розмірів, створюючи насіння структур, які стануть галактиками і висвітлять всесвіт. Однак, і це ще більше дивно, фізик АндрійЛінде передбачає, що інфляція як і раніше відбувається. Ще кілька років тому в інтерв'ю The Washington Post він порівняв космос з постійно зростаючим шматком швейцарського сиру.

Схожі на дірки в сирі «кишенькові всесвіти» -це місця, де локальна інфляція припинилася, дозволяючи матерії конденсуватися, а зірок і галактик утворюватися. Ми цілком можемо жити в одному з цих кишень, відірвані від нескінченних альтернативних всесвітів, що існують навколо нас, і які перебувають в блаженному невіданні.

Андрій Лінде, професор Стенфордського університету, основоположник теорії інфляційного розширення Всесвіту, яка передбачає наявність множинної всесвіту, або мультивселенной.

І так, якщо ця ідея дуже сильно вас дивує,Ви не самотні. Деякі космологи всерйоз побоюються «вічної інфляції» - і мультивселенной, яка може виникнути з неї. По-перше, якщо різні кишенькові всесвіти роз'єднані, то як ми взагалі зможемо перевірити, що вони існують? По-друге, нескінченна Мультивсесвіт не піддається математичного аналізу, що ускладнює використання моделі для розуміннятого, як все працює і взаємодіє в космосі. Питань дійсно дуже багато, так що давайте спробуємо розібратися в цій захоплюючій і популярної теорії.

Geek Picnic Online 2020

Теорія мультивселенной сьогодні настількипопулярна, що стала головною темою великого європейського науково-популярного фестивалю (традиційно open air), присвяченого сучасним технологіям, науці і творчості Geek Picnic Online 2020. Серед запрошених 122 спікерів були професор Лінде - його лекцію російською мовою можна подивитися тут, а також ірландський письменник фантаст Йен Макдональд. Як пишуть організатори фестивалю в офіційному паблік заходи під Вконтакте, лекція Макдональда буде опублікована пізніше.

Скріншот лекції Андрія Лінде, присвяченій мультивселенной

Як пояснює Лінде, відповідно до теорії Великоговибуху, після свого народження Всесвіт була дуже маленька, але в якийсь момент почала розширюватися. При цьому, в ранньому Всесвіті було набагато більше енергії, ніж сьогодні. Частина цієї енергії згодом пішла на розширення Всесвіту. Однак головне питання полягає в тому, звідки взялася вся ця енергія.

Уявіть, що ввечері ваші кишені порожні, а наранок в них лежить мільярд доларів, - каже Лінде. Але ж в реальному житті нічого подібного не відбувається. Важливо розуміти, що всі процеси, через які народилася Всесвіт, почалися спонтанно.

Сьогодні ми бачимо лише малу частину Всесвіту. Вчені називають доступну для спостережень Всесвіт "Спостережуваному Всесвіті".

Інфляційна модель Всесвіту

На самому початку, коли розмір Всесвіті неперевищував і сантиметри, в ній знаходилося приблизно 10 в 90 ступені областей, які ніяк не стикалися один з одним. Але чому і як в такому випадку, вони раптом «зрозуміли», що Всесвіту пора розширятися? Насправді це відома космологічна проблема, яка називається проблемою горизонту (Horizon problem). Вона виникає через складність пояснення спостережуваної однорідності причинно незв'язаних областей простору під час відсутності механізму, що задає однакові початкові умови.

Отже, якщо за допомогою телескопа спробуватизаглянути в минуле, то ми побачимо світло від Великого вибуху, яким було потрібно 13,8 мільярдів років щоб дістатися до нас. Однак Лінде вказує на те, що ми бачимо Всесвіт обмежено. Кут огляду найпростіше уявити витягнувши обидві руки вліво і вправо - суть в тому, що ми знаходимося в центрі і не бачимо того, що знаходиться за межами кінчиків пальців обох рук. Більш того, ні права ні ліва рука «поняття не має про те, що робить інша».

Спостережувану Всесвіт найпростіше представити у вигляді сфери, за межами якої знаходиться невідомість. На зображенні спостерігається Всесвіт в логарифмічному масштабі.

Наступним не менш важливим питанням єпричина, по якій наш Всесвіт не обертається. Нагадаю, все масивні космічні об'єкти від планет до Сонця обертаються, навіть надмасивні чорні діри в ядрах галактик. При цьому, в який би напрямок не подивився спостерігач із Землі - вгору, вниз, вліво або вправо - він побачить рівні відстані. Вчені називають це ізотропності - однаковістю фізичних властивостей у всіх напрямках, а також симетрією по відношенню до вибору напрямку.

Виходить, наш Всесвіт і правда настільки дивна, що відповісти на безліч питань з допомогою однієї лише теорії Великого вибуху не можна. І справді, як пояснити, що Всесвіт перебуваючи в вакуумі продовжує розширюватися з прискоренням? Адже в вакуумі немає ніяких частинок взагалі!

вакуум - простір без речовини. У прикладній фізиці під вакуумом розуміють середовище, що складається з газу при тиску значно нижче атмосферного.

Відповідь криється в фізиці елементарних частинок. Так, Лоуренс Краусс - фізик-теоретик і президент Origins Project Foundation написав книгу, присвячену цьому питанню, вона так і називається - «Все з нічого. Як виник Всесвіт, "рекомендуємо до прочитання. Андрій Лінде в свою чергу вважає, що деякі частинки у вакуумі володіють енергетичним зарядом і можуть з'явитися в результаті розпаду вакууму.

Всесвіт з нічого

Отже, давайте уявимо один кубічний метр ввигляді ящика, заповненого цукерками, з умовою, що в одному кубічному метрі поміщається тисячі цукерок. Але що вийде, якщо цей кубічний метр стане більше в 10 разів? Відповідь, здається, проста - всередині як і раніше буде 1000 цукерок. Але через те, що обсяг виріс в тисячу разів, на один кубічний метр припадатиме лише одна цукерка. Це здається логічним, проте у реальності свої правила: в одному кубічному метрі міститься постійно розширюється вакуум.

У якийсь момент його обсяг стає в тисячураз більше початкового, після чого вакуум розпадається. В результаті щільність енергії всередині одного уявного ящика така ж, як і до розширення - вакуум не змінився, хоча наш ящик збільшився в 10 разів. Схоже на якусь магію, чи не так? Як пояснює сам Лінде, коли Всесвіт розширюється в постійному вакуумі, енергія матерії експоненціально зростає, на відміну від енергії гравітації. В результаті вакуум розпадається вивільняючи «1000 цукерок» - протонів, електронів і інших частинок, а їх кількість стає пропорційним обсягу Всесвіту.

Таким чином, якщо експоненціальне зростаннятриває, зростає і кількість частинок. Постійне розширення, між тим, не говорить нам ні слова про форму Всесвіту. Хоча нам з вами насправді абсолютно все одно якої вона форми, адже з позиції спостерігача Всесвіт здається плоскою. Саме так - в більш-менш спрощеному викладівиглядає теорія інфляційної Всесвіту, вперше висунута Аланом Гутом, американським фізиком і космологом в 1981 році. Примітно, що в кінці наукової роботи Гут пише приблизно наступне:

Існує невелика проблема, якаполягає в тому, що розпад вакууму - процес, необхідний для появи матерії - дуже схожий на чан з окропом. А як виглядає кипляча вода? Правильно - пухирець тут, пляшечку там і так далі.

Гут також стверджує, що ці бульбашкистикаються в киплячій Всесвіту і роблять все процеси, в ній відбуваються, хаотичними і ... марними. Але як це може бути? Спроби Гута знайти відповідь на це питання привернули увагу інших вчених. В результаті в світ вийшло відразу дві роботи - перша, написана Аланом Гутом в співавторстві з Еріком Вайнбергом в 1981 році, а друга - і є та сама робота Стівена Хокінга в співавторстві з Томасом Хертог.

Примітно, що обидві статті прийшли до одного ітого ж висновку - теорія інфляційної Всесвіту не спроможна. Однак Гут зв'язався з Андрієм Лінде, в результаті чого професор Стенфордського університету створив нову модель інфляційного Всесвіту, за що був відзначений премією імені Георгія Гамова. Але при чому тут Мультивсесвіт?

Не виключено, що після смерті наша свідомість переходить в альтернативний всесвіт. Детальніше читайте в матеріалі мого колеги Раміса Ганиева

Лінде вважає, що наш Всесвіт схожа набалерину, яка переставши обертатися розкинула руки в різні боки і завмерла на місці. Це, безумовно, здається неможливим, оскільки порушує всі відомі закони фізики. Однак використання нової моделі інфляційного Всесвіту дозволяє багато чого довідатися про Всесвіт. Про те, хто і чому вперше висунув теорію мультивселенной, читайте в нашому матеріалі.

Що таке Мультивсесвіт?

Ось ми і підійшли до найцікавішого - чомуспікер Geek Picnic 2020 Андрій Лінде, а разом з ним і письменник-фантаст Йен Макдональд, вважає, що ми живемо в мультивселенной? Професор Стенфордського університету вважає, що Мультивсесвіт є відповіддю на питання про те ... якого кольору наша Всесвіт. Якщо вона чорна, то це необхідно довести,точно так же, як якщо б ми вважали, що її колір білий або жовтий. Пам'ятайте чан з вируючої водою? Уявіть, що якщо наш Всесвіт білого кольору, а професор Лінде вважає саме так, інші бульбашки можуть бути чорними, червоними, жовтими, синіми, зеленими і так далі. А значить, ми живемо в мультивселенной.

На думку професора, перебуваючи в білій областіпростору (білої Всесвіту) ми не бачимо інші її області (червоні, фіолетові, коричневі та ін). У свою чергу, в кожній Всесвіту повинен бути спостерігач, який спробує пояснити чому його Всесвіт, наприклад, червона. Таким чином, ми просто не можемо виключити можливість існування червоною, жовтою, синьою, блакитною та інших всесвітів.

І якщо все перераховане вище здається вам недосить запаморочливим, уявіть, що Росія - це єдина країна, про існування якої ми знаємо. У спробах зрозуміти, чому Росія влаштована так, як влаштована, вчені будуть шукати відповіді на питання про її природу та походження. Рівно те ж саме будуть робити вчені з Китаю, Великобританії, Індії, США і будь-який інший країни. Головна умова в цьому прикладі звучить так - жителі різних країн не знають про існування один одного. Так і Мультивсесвіт - перебуваючи в білій всесвіту ми не знаємо, що існують, наприклад, червоні, чорні і зелені.

Ми так мало знаємо про Всесвіт, що не можемо виключити того, що вона може бути голограмою

Повертаючись до Початку почав - Великому вибуху,Лінде порівнює народження Всесвіту з нічого (в результаті розпаду вакууму) з різними стані одного речовини - Н2О. Вода, як відомо, може перебувати в трьох станах - рідкому, газоподібному (пара, туман) і твердому (сніг, лід, град), а значить і сам вакуум, що породив Всесвіт, може мати різні стани. З цього, як ви, ймовірно, вже зрозуміли - і спонукає до висновку про множинність світів.

Говорячи про мультивселенной важливо розуміти, що якою б дивною, незрозумілою, хаотичною і місцями божевільної не здавалося нам ця теорія, з точки зору фізики існування мультивселенной можливо. Почасти і з цієї причини теж вчені працюютьнад «теорією всього» - теорією, яка змогла б повною мірою відповісти на всі питання сучасної фізики, включаючи існування мультивселенной. На думку професора Лінде, найближче підібралися фізики, які вивчають теорію струн. Але це вже зовсім інша історія.

Вам буде цікаво: Виявлено квадрильйон способів створення нашого Всесвіту в теорії струн

Реальність чи фантастика?

Так як людство знаходиться на самому початкушляху пізнання себе, а слідом і Всесвіту, ми повинні перевіряти навіть самі божевільні теорії. Все тому, що питань сьогодні набагато більше ніж відповідей, а істина часто ховається там, куди ми боїмося зазирнути. Ось чому наукова фантастика є відмінним уявним експериментом, який, можливо, допоможе нам краще зрозуміти Всесвіт.

Виступаючи на Geek Picnic Online 2020 фантаст ЙенМакдональд, автор таких творів як «Бразилія», «Вовча Місяць», «Будинок дервіша» і ін., Розповів про те, чому вважає, що ми живемо в мультивселенной. На думку письменника, сама ідея мультивселенной актуальна для світу, в якому ми живемо сьогодні. Слово «Мультивсесвіт» містить в собі безліч понять і ми просто не можемо вибрати все і відразу. Кожен, як стверджує Макдональд, вибирає для себе щось певне, наприклад, спорт, наукову фантастику або моду. І це одночасно добре і погано.

На фото письменник-фантаст Ієн Макдональд

Нам легше об'єднуватися і формувати спільноти,але в той же час, наше життя запечатується в цих приватних всесвітів, і ми не знаємо, що відбувається поза ними. У соціальному, культурному, політичному та економічному плані ми живемо в окремих паралельних світах, які іноді поділяють спільні простору (наприклад, міста, вулиці, громадські простору)

Йен Макдональд, Geek Picnic Online 2020

Погодьтеся, розвиваючи думку Макдональда ми раночи пізно прийдемо до роздумів фізиків-теоретиків про будову Всесвіту. А також, безумовно, і про наше суспільство, про що собі вдосталь дозволив поміркувати Макдональд в своїх творах.

Як ви думаєте, чи існує Мультивсесвіт і чому? Відповідь будемо чекати в коментарях до цієї статті, а також в нашому Telegram-чаті

Що стосується теоретичної фізики, то взгадується вище роботі Хокінга і Хертога дослідники спираються на ідею, розроблену ще в 1980-х, відому під назвою «Голографічна Всесвіт», яка передбачає, що Всесвіт можна розглядати як голограму і що тривимірна реальність може бути математично згорнута тільки в два виміри (вказані саме два виміри. Це зроблено для того, щоб полегшити обчислення). В результаті дослідникам вдалося навести хоч якийсь порядок у великій, незбагненною і не побоюся цього слова божевільної теорії мультивселенной.

Киплячі бульбашки про які говорив Лінде можнауявити як кишенькові всесвіти (про що йдеться на початку статті) з тією лише різницею, що в цій моделі всесвітів менше і вони мають певні фундаментальними якостями, що значно полегшує їх аналіз. Важливо розуміти, що робота видатного англійського фізика-теорітіка (мова про Стівена Хокінга) і його колег не зводиться до єдиної, унікальної Всесвіту, однак їх відкриття передбачають істотне скорочення мультивселенной до набагато меншого діапазону можливих всесвітів. Це означає, що замість 1000 цукерок в уявному ящику, фізики розглядають 10.

Можливо, існують світи, в яких нас з вами не існує

Газета The Washington Post у статті присвяченійроботі Хокінга і Хертога наводить слова космолога з університету Північної Кароліни Кеті Мак про те, що запропонована модель ще не повністю розроблена. «Це швидше спрощена версія чогось, щоб просто подивитися і спробувати зрозуміти що відбувається» - вважає Мак. Виходить, зовсім не дивно, що остання робота Хокінга залежить від концепцій, до сих пір не отримали широкого визнання і новітніх математичних інструментів.

Це цікаво: Стандартна модель: дивовижна теорія майже всього

Важливо також розуміти, що ця робота не є вирішенням всіх проблем у Всесвіті. Безумовно, вона інтригує, захоплює і змушує нас мислити незвичними категоріями. Теорія мультивселенной - це потенційний шлях, по якому можна йти навіть незважаючи на те, що вчені й гадки не мають, куди і до чого їх це призведе. «Стівен Хокінг був людиною», - говорить Лінде. «Він не був генієм, який щодня говорить виключно правильні речі і боровся з тими ж науковими проблемами, з якими борються всі фізики».

Ну а нам з вами залишається спробувати хоч трохи зрозуміти теорію мультивселенной і чекати нових, революційних відкриттів в галузі теоретичної фізики. Сподіваюся, це станеться вже дуже скоро. А ви?