Путешествие по мультивселенным, скрытым измерениям и множественным мирам

Существует ли где-то ваш злой двойник?

Альтернативный мир, Вселенная или измерение – давний элемент поп-культуры. Но эти понятия, часто смешанные, уходят корнями в физику.  Большинство из нас не удивятся, узнав, что идея «альтернативных вселенных» – это аспект науки, особенно физики. Но на самом деле идеи «множественных миров», «мультивселенной» и «скрытых измерений» возникает из очень разных и несопоставимых концепций.

Первая – это идея, рожденная так называемой проблемой коллапса волновой функции или проблемой измерения в квантовой механике, тогда как вторая – это предположение, рожденное космологией и вопросом о том, что существовало «до» того, как наша Вселенная начала процесс быстрой инфляции и то, что существует вне его сейчас. Точно так же эти параллельные миры часто называют «альтернативными/скрытыми измерениями» – еще одно словосочетание, которое можно найти в учебнике физики, но оно имеет совершенно иное значение, чем в научной фантастике. 

Эти идеи страдают от некоторого смешения в умах некоторых писателей-фантастов и их фанатов. Одна идея предполагает бесконечное количество почти идентичных вселенных, а другая предлагает конечный набор вселенных, существующих в своих собственных пузырях. Некоторые из них совсем не похожи. И в третьей идеи, это скрытые «измерения», свернутые калачиком в привычном трехмерном пространстве, в котором мы живем. 

Встреча с мультивселенной

«Для начала, как проверить существование других вселенных? Безусловно, все космологи признают, что есть некоторые области Вселенной, которые находятся за пределами досягаемости наших телескопов, но где-то на скользкой дорожке между этим и идеей о бесконечном количестве вселенных достоверность достигает предела». 

Пол Дэвис, Краткая история Мультивселенной.

Было время, когда слово «вселенная» относилось ко всему, как к существованию, но современная космология безвозвратно изменила это понятие. Теперь есть возможность оказаться «вне» Вселенной. Фактически, наша Вселенная может быть лишь небольшой частью гораздо большего лоскутного одеяла.

Как заявил выше Пол Дэвис, одна из самых опасных вещей в концепции «мультивселенной» – стопки вселенных, расположенных рядом друг с другом, – это то, насколько она близка к мистицизму. Это становится еще более серьезной проблемой, если учесть, что даже многие сторонники этой гипотетической идеи сомневаются, что ее действительно можно будет проверить экспериментально.

Однако для других; этот вопрос является фундаментальным для науки, и чем ближе мы подходим к полной картине нашей Вселенной, к которой мы подходим, тем больше соблазнительнее рассматривать другие.

---

Фред Адамс, американский астрофизик и доцент кафедры физики Мичиганского университета Та-Ю Ву, считает необходимость создания ряда альтернативных или параллельных вселенных необходимым продолжением того факта, что наша – слишком удобная. Почему Вселенная «приспособлена» для жизни? 

«Законы физики описываются набором фундаментальных констант, которые в принципе могут принимать разные значения», – объясняет Адамс. «Определение диапазона констант, который позволяет создать рабочую Вселенную, помогает количественно оценить степень, в которой наша Вселенная является особенной – или нет».

Адамс предполагает, что наша Вселенная имеет правильные параметры для поддержки образования структур, звезд, планет и даже биологических систем, но может быть множество «пустых» Вселенных, где условия были не столь благоприятными. И, с другой стороны, Адамс предполагает, что рядом с нашей могут существовать вселенные, еще более благоприятные для развития таких объектов. Вселенные, следовательно, еще более благоприятные для жизни. Это все, что можно было ожидать от гипотетического набора из более чем 10⁵⁰⁰ вселенных. 

Но даже с таким большим набором «альтернативных вселенных» шансы найти другого «вас» по-прежнему очень малы. Тем более, что законы физики в этих мирах, вероятно, будут радикально отличаться, а некоторые даже исключают кластеризацию элементарных частиц и образование крупномасштабных тел, таких как звезды и планеты.

Одна из наиболее популярных идей о том, как ряд Вселенных может расти и сосуществовать, – это теория инфляционной мультивселенной. Представленная Полом Стейнхардтом, профессором в Принстонском университете, в 1983 году и адаптированная и развитая такими светилами физики, как Алан Гут, эта теория предполагает идею о том, что инфляция не заканчивается с нашей Вселенной. Она может быть вечной, когда все пространство разбито на пузыри или пятна. Каждый из этих пузырей может обладать разными физическими законами, о чем говорит Адамс. 

Эта идея вечной инфляции действительно сталкивается с проблемой, заключающейся в том, что она вполне может быть непроверяема и, следовательно, неопровержима, что является ключевым аспектом научной теории, согласно одному из самых важных философов науки в истории, Карлу Попперу. Однако это не останавливает сторонников теории, в частности, Алан Гут, утверждающий, что мультивселенная – это просто логическое продолжение того факта, что мы обнаружили, что наша собственная Вселенная подвергается инфляции. 

«Трудно построить модели инфляции, которые не приводят к мультивселенной. Это не невозможно, поэтому я думаю, что, безусловно, необходимо провести исследования», – заметил Гут на пресс-конференции в 2014 году.« Но большинство моделей инфляции действительно приводят к мультивселенной, и доказательства инфляции будут подталкивать нас в этом направлении, серьезно относиться к идее мультивселенной».

Еще одна интересная концепция структуры и устройства этой мультивселенной принадлежит американскому физику-теоретику, математику и теоретику струн, «теории Брайана» Брайана Грина. Она предполагает, что наша Вселенная и все остальные находятся на огромной мембране, расположенной в более высоком измерении. Рядом с ней находятся все другие вселенные.

Когда эти вселенные движутся вокруг некого центра, они иногда сталкиваются друг с другом. Эти неровности высвобождают огромное количество энергии, вызывая «большие взрывы» и приводящие к рождению новых вселенных. 

Теория Грина классифицируется как теория суперструн, гипотетическая концепция, которая лежит в основе всей физики и объединяет квантовую физику и общую теорию относительности, выдвигая теорию квантовой гравитации. Но теории суперструн нуждаются в дополнительном элементе, который диктует, куда наша поездка должна направиться дальше – в поисках скрытых измерений. 

«Мне нужно немного места». Изучение скрытых измерений

«Если теория струн верна, микроскопическая ткань нашей Вселенной представляет собой богато переплетенный многомерный лабиринт, внутри которого струны Вселенной бесконечно крутятся и вибрируют, ритмично нарушая законы космоса».

Брайан Грин, Элегантная вселенная: суперструны, скрытые измерения и поиски высшей теории

Утверждение о том, что теория струн – которая предполагает, что фундаментальные частицы представляют собой струнные петли, колеблющиеся в пространстве – нуждается в «скрытых измерениях», может изначально вызывать образы альтернативных вселенных, населенных всевозможными странными существами, возможно, даже альтернативной версией вас, но ваш двойник, может счесть вид «альтернативных измерений», обсуждаемых в теории струн, немного тесным.

---

Одна из захватывающих вещей в теориях суперструн заключается в том, что, в отличие от других теорий в физике, этот класс объяснений способен предсказать количество измерений, которыми обладает платформа пространства-времени, в которой они существуют. Чтобы объяснить это немного лучше; Общая теория относительности – геометрическая теория гравитации, разработанная Эйнштейном, – проявляется в четырех измерениях: x, y и z – пространственные измерения и время. 

Но это предсказание размерности намекает на то, что теория струн требует, чтобы десять – возможно, одиннадцать, может быть, даже 26 – измерений были последовательными. Этот факт оставляет очень насущный и актуальный вопрос; где, черт возьми, эти другие шесть или семь (или 22!) измерения? Почему мы воспринимаем мир только в четырех измерениях?

Самый простой и понятный способ ответить на эти вопросы – предположить, что эти дополнительные измерения «свернуты калачиком», скрытые внутри трех пространственных измерений, о которых мы знаем. Физики определяют это как «сжатие этих размеров во внутреннем коллекторе», но для наших целей это так же просто, как думать о них как о очень малых.

Эта идея, называемая «компактификацией», на самом деле появилась еще до теории струн. Впервые она была выдвинута Теодором Калуца ​​и Оскаром Кляйном в 1920-х годах. Одноименная теория, в которой была введена компактификация, была предложением объединить гравитацию и электромагнетизм. Возможно, по иронии судьбы, теперь она используется для объединения гравитации и квантовой механики.

Идея о том, что размеры скрываются из-за размера, не так уж нелогична и необычна, как может показаться на первый взгляд. Представьте цилиндр. Если держать объект близко, объект кажется трехмерным, но отнесите этот цилиндр на достаточное расстояние, и он станет двумерным.

Аналогично, при низких энергиях и масштабе, в котором мы смотрим на Вселенную, пространство кажется трехмерным, и мы осознаем это четырехмерное измерение – время. Однако при достаточно высоких энергиях эти скрытые измерения могут стать заметными. Таким образом, поиск таких скрытых измерений теперь сосредоточен на ускорителях частиц, таких как Большой адронный коллайдер. 

Вот теперь две дисциплины в физике прочесаны, и никаких злых двойников не обнаружено. Сможет ли квантовая физика спасти этот всеми любимый научно-фантастический жанр? 

«Я собираюсь сказать что-то, что может показаться сумасшедшим…» 

Эрвин Шредингер собирается публично обсудить идею о существовании множественных миров одновременно, впервые, 1952 г.

Интерпретация квантовой физики «Множество миров», впервые предложенная Хью Эвереттом III в середине 1950-х годов, предлагает решение проблемы коллапса волновой функции в квантовой механике. Однако прошли десятилетия, прежде чем физики начали относиться к этому серьезно.

---

Вот проблема, на которую он пытается ответить; во время проведения знаменитого эксперимента с двумя щелями исследователи обнаружили, что электроны распространяются как волны, но взаимодействуют с другими системами как частицы, проявляясь как единое пятно на флуоресцентном детекторе. Точно так же, когда дан бинарный выбор между двумя щелями, электрон будет проходить через них как волна, если детектор не размещен сбоку от щели. Попытка определить, через какую щель прошел электрон, заставляет его «выбирать» либо щель A, либо щель B.

Копенгагенская интерпретация квантовой механики предполагает, что этот выбор возникает в результате коллапса волновой функции – волнового поведения, которое разрушается и уступает место действие, подобное частицам. Единственная проблема; нет однозначного ответа на вопрос, что вызывает этот коллапс.

Интерпретация многих миров предлагает другой способ решения проблемы коллапса; может коллапса нет. Эверетт предположил, что вместо коллапса волновая функция растет экспоненциально, быстро охватывая исследователей, их лабораторию, планету, галактику, а затем и всю Вселенную.

Следовательно, в то время как в копенгагенской интерпретации электрон проходит либо через щель A, либо через щель B, интерпретация многих миров утверждает, что электрон проходит через обе, и когда исследователи исследуют, через какую щель прошел электрон, они фактически обнаруживают, что они находятся в Вселенной, в которой электрон прошел через щель A, или они находятся во Вселенной, в которой электрон прошел через щель B. 

И если это вас не смущает, рассмотрите это в свете мультивселенной и скрытых измерений. Каждый из этих разветвляющихся миров имеет свои собственные скрытые измерения, свернутые в клубок, И несет с собой свою собственную версию мультивселенной, начиная с одного отличия: разрез A, а не разрез B. 

Итак, как это отразится на шансах найти своего двойника? Что ж, это дает уверенность в его существовании. Фактически, одна из проблем, с которыми сталкиваются многие физики с интерпретацией «множества миров», заключается в том, что она создает потребность в бесконечных мирах.

Если вы рассматриваете просто акт включения лампочки, когда фотоны текут повсюду, должен быть мир для каждого результата каждого взаимодействия. 

И вместо того, чтобы начинать снизу вверх, как вселенная, надувающаяся в пузыре, этот новый мир имеет фору, все, что уже существует, присутствует и правильно. Физические законы идентичны, существует крупномасштабная структура, и вы тоже.

Сколько твоих копий? Существует ли твой злой двойник?

«Пенни, хотя я придерживаюсь теории множественных миров, которая утверждает существование бесконечного числа Шелдонов в бесконечном числе вселенных, уверяю тебя, ни в одной из них я не танцую».

Шелдон Купер, теория большого взрыва

Даже с учетом всего этого и того, что мы определили, что если интерпретация квантовой физики множественных миров верна, существует почти бесконечное количество версий «вас», каковы шансы найти одну, в которой вы *звук зловещей музыки * злой двойник себя… возможно, с бородой…

---

Точно так же, как электрон сталкивается с «выбором», через какую щель пройти, каждый раз, когда вы сталкиваетесь с выбором, независимо от того, насколько минутным он был, в вашем мозгу срабатывают нейроны, соответствующие принятому вами решению. Таким образом, вполне возможно, что существует ваша версия, которая всегда делала неправильный выбор. На самом деле, если есть бесконечные миры, это несомненно. 

Основная проблема интерпретации множественных миров заключается в ее проверяемости. Одно из правил интерпретации множественных миров – неспособность этих миров взаимодействовать. 

Были высказаны предположения относительно фальсификации множества миров, но все они требуют помещения макроскопического объекта в квантовую «суперпозицию». Это то, что в настоящее время выходит за пределы экспериментальных возможностей, хотя исследователи постоянно находят квантовые эффекты во все более крупных скоплениях атомов.

ЧИТАЙЕ: Исследователи видят, как крошечные квантовые флуктуации двигают человеческое зеркало

Точно так же и идея мультивселенной в настоящее время не поддается проверке. Для этого, вероятно, потребуется рассмотреть край нашего Вселенского пузыря, и поскольку он ускоряется от нас, возможно, быстрее света, по мере расширения Вселенной этого вряд ли произойдет.

В настоящий момент наиболее вероятным подтверждением обсуждаемых выше идей является идея о скрытых измерениях. Они могут «развернуться» из трех пространственных измерений нашей видимой Вселенной при высоких энергиях. Уровни энергии, которые присутствовали в ранней Вселенной и которые, вероятно, могли быть достигнуты на БАК(большой адронный коллайдер) после повышения его яркости. 

Только не ожидайте, что в ближайшее время столкнетесь со своим бородатым, злым, но в остальном точным двойником из другого мира… Наверное. 

* В любом случае, вероятно, существует Вселенная, где все это правда.