Спросите Итана №96: научна ли теория мультивселенной?

https://medium.com/starts-with-a-bang/ask-ethan-96-is-the-multiverse-science-ecceb24fa2af#.zg2ps0oq7
  • Перевод
Тяжело строить модели инфляции, не приводящие к мультивселенной. Но не невозможно, и я думаю, что поле для исследований тут существует. Но большинство моделей инфляции приводят к мультивселенной, и доказательства инфляции будут подталкивать нас к тому, чтобы воспринимать идею мультивселенной всерьёз.
— Алан Гут

Периодически я получаю вопрос, затрагивающий самые дальние пределы того, что мы можем узнать, представить, или о чём можем построить теорию. Вопросы о начале и конце Вселенной, законах природы и о самой науке. На этой неделе честь задать вопрос предоставлена Джону Пашкову:

Вы писали, что для революционной научной теории нужны три вещи, и третья по счёту – то, что её можно проверить и подтвердить или опровергнуть. При этом теория мультивселенной, похоже, этот тест не проходит.

Давайте поговорим об этом: трёх критериях, мультивселенной, откуда она берётся, и соответствует ли она высоким стандартам научной теории.



На прошлой неделе я обозначил три компоненты любой революционной научной теории:

1. Воспроизвести все успехи предыдущей.
2. Объяснить новые результаты, противоречившие старой.
3. Сделать новые, проверяемые предсказания, которые ранее не проверялись, и которые либо можно проверить и обосновать, либо отвергнуть.

Именно так практически во всех научных дисциплинах происходили сдвиги, от «простой» физики до «сложной» биологии.



Геоцентризм с его эпициклами, эквантами и деферентами, был заменён кеплеровским гелиоцентризмом и эллиптическими орбитами, расширившимся затем до ньютоновской гравитации. Она объясняла не только расположение и движение планет, но также и лун Юпитера, фазы Венеры, эксцентричную орбиту Марса, и сделала новые предсказания по периодичности и возвращению комет.

Сотни лет спустя ньютоновская гравитация не смогла предсказать характеристики орбиты меркурия, и именно эйнштейновская Общая теория относительности не только воспроизвела все успехи Ньютона, но и аномалии орбиты Меркурия, и сделала проверяемое предсказание по искривлению звёздного света источниками гравитации. И всего через несколько лет ОТО была подтверждена, и мы получили новую полноценную научную революцию.



Для биологов прекрасным примером была теория Дарвина, которую заместило открытие ДНК. Наука продвигается вперёд именно так – не только опровергая предыдущие попытки, но и расширяясь для того, чтобы лучше описать весь спектр наблюдаемых явлений Вселенной.

И откуда же взялась мультивселенная, да и что это такое? Для понимания начнём с нашего представления о Вселенной. Под ней я подразумеваю наблюдаемую Вселенную – всё, что мы можем увидеть, измерить и с чем можем взаимодействовать.



Куда мы ни посмотрели в небе, мы видим звёзды и галактики, соединившиеся в гигантской космической паутине. Но чем дальше мы заглядываем в пространство, тем дальше это оказывается в прошлом. Удалённые галактики моложе и не такие развитые. В их звёздах меньше тяжёлых элементов, они выглядят меньше, поскольку они подвергались меньшему количеству объединений, галактик больше спиральных и меньше эллиптических (последние формируются за счёт слияний), и так далее. Если мы доберёмся до пределов нашей видимости, мы обнаружим самые ранние звёзды во Вселенной, а за ними – область тьмы, где существует лишь свет, оставшийся от Большого взрыва.

Но сам Большой взрыв, случившийся везде одновременно примерно 13,8 миллиарда лет назад, не был началом пространства и времени. Он был началом наблюдаемой Вселенной. До того существовала космическая инфляция с экспоненциально расширяющимся пространством, заполненным энергией, присущей самому пространству-времени.



Космическая инфляция – это пример теории, пришедшей на смену предыдущей. Она:

1. Не противоречила всем успехам Большого взрыва и объяла всю современную космологию.
2. Объяснила ряд вопросов, неприступных для Большого взрыва, включая равномерную температуру Вселенной, пространственную плоскость, отсутствие высокоэнергетических реликтов вроде магнитных монополей.
3. Сделала новые предсказания, проверяемые через наблюдения, четыре из которых уже подтверждены.

Но одним из последствий теории стало то, о чём мы пока не знаем, сможем ли мы его подтвердить: мультивселенная.



Из-за инфляции происходит расширение пространства с экспоненциальной скоростью. То есть то, что существовало до Большого взрыва, стало намного, намного, намного больше, чем было. Это хорошо – это объясняет однородность и величину Вселенной. С концом инфляции Вселенная наполняется материей и излучением, и это мы наблюдаем как Большой взрыв. Но вот, что странно.

Согласно жизнеспособным механизмам, благодаря которым инфляции достаточно для создания наблюдаемой Вселенной, существуют и другие районы пространства, окружающие наш (в которых инфляция закончилась), где инфляция не кончилась так быстро. Что приводит к явлению «вечной инфляции».



Благодаря квантовой механике, у инфляции есть шанс закончиться в любом районе в любой момент… Но также есть и конечная вероятность не закончиться в любом районе в любое время. Там, где она заканчивается, появляются Большой взрыв и Вселенная – такая же, как наша (на картинке они обозначены красными крестиками).

Там, где инфляция не кончается, пространство расширяется, что приводит к появлению регионов, чьи Большие взрывы причинно отделены от нашего, и регионов, в которых инфляция продолжится.

И так далее.



Мы очень много не знаем про эти другие Вселенные:

• Совпадают ли с нашими тамошние законы физики, частицы, фундаментальные константы?
• Совпадает ли с нашей их плотность и другие свойства?
• Спутаны ли мы каким-либо квантовым образом с другими Вселенными?

Может и да, может и нет. Консервативный подход говорит о том, что ответы на эти вопросы должны быть «да», «да» и «нет» соответственно. Но теперь мы подходим к главному вопросу читателя: научна ли эта теория?



Мультивселенная – это не научная теория сама по себе. Это теоретические последствия законов физики согласно их сегодняшней интерпретации. Возможно, что даже неизбежное следствие – если у вас есть инфляционная Вселенная, управляемая квантовой физикой, с какими-то явлениями вам придётся столкнуться.

Но мультивселенная не обязательно объясняет всё, что происходит в нашей Вселенной. Она не решает наших текущих проблем (называя такие слова, как «ландшафт», «энергия вакуума», «антропный принцип», «космологическая константа», вы просто не понимаете, что значит «решать проблемы»). Что хуже всего, она не делает никаких точных предсказаний того, что мы могли бы пронаблюдать.



И что это всё вместе означает? Судя по всему, мультивселенная – если мы примем правильность нашего представления о Вселенной и её истории – существует. За пределами обозримой части Вселенной, возможно, очень много всякого другого, и, вероятно, существуют и другие вселенные, начавшиеся после их Больших взрывов, и они не смогут взаимодействовать с нашей.

Но также это означает, что она находится за пределами проверяемости в принципе. Единственный способ, который я могу представить, катастрофический: восстановить состояния инфляции, спутать нескольких наблюдателей, разбросанных по разным регионам инфляции, и наблюдать, как она заканчивается и как из неё возникают разные вещи в разные моменты времени, предполагая, что вы сможете что-нибудь понять, когда порвёте квантовую запутанность (а это ещё неизвестно).



И для этого, кстати, необходимо пережить Большой взрыв, в чём я желаю вам удачи. Но если у вас этого не получится, то я присоединюсь к Джону и другим скептикам: мультивселенная может быть интересным и даже неизбежным результатом физики. Но пока мы не сможем проверить её научно – а может так случиться, что никогда не сможем – она недостаточно хороша для науки. Это теоретическое предположение, имеющее смысл, но это не научная теория, и из-за ограничений Вселенной, может никогда ею не стать.

Что же это? Она может стать новым классом тем, которые мы начинаем понимать: первая физически мотивированная «метафизика», обнаруженная нами. Впервые мы понимаем ограничения Вселенной, её информации, и того, что это значит для познаваемости. А за пределами и после этого? Возможно, именно там и начинается метафизика, и там мультивселенная, возможно, и останется навсегда.

Спасибо за философский вопрос, и надеюсь, что вам понравился этот выпуск! Присылайте мне ваши вопросы и предложения для следующих статей на адрес startswithabang at gmail dot com.
Поделиться публикацией
Комментарии 23
    0
    Если теория мультивселенной сможет предсказать влияния возникающих вселенных друг на друга. В том числе влияние соседних вселенных на нашу, тогда она может быть проверена и стать научной. Я бы не исключал такой возможности.
      0
      Для начала стоит доказать существование соседней вселенной. Какой-то уроборос получается.
      0
      Интересно, как обосновывается ответ «нет» на вопрос «Спутаны ли мы каким-либо квантовым образом с другими Вселенными?»
        +1
        Видимо, спутанность отбрасывается бритвой Оккама как более сложная теория, полностью эквивалентная версии без спутанности. Эти две версии объективно неразличимы во вселенной, каузально изолированной от других.
          0
          Рискну предположить, что если бы было так, то мы смогли бы наблюдать некие явления, которые происходят из-за запутанности вселенных
            +3
            Не смогли бы. Запутанность не переносит информацию. Потому запутанные и незапутанные сестринские вселенные объективно эквивалентны для нас, находящихся в нашей вселенной.
              0
              Возможно то, что называют темной материей и есть то самое воздействие. Ведь темная материя, это некоторое вещество, которое влияет на нашу вселенную гравитационно, но никак не взаимодействует с нашей материей. Чем не описание взаимодействия материи из соседней вселенной?
                +2
                Гравитационное взаимодействие вполне себе взаимодействие. Любая измеримая (т.е., хоть как-то проявляющаяся в нашей вселенной) материя по определению принадлежит нашей вселенной. Её связь с другими вселенными неизмерима и недоказуема (и для физики не нужна).
                  –1
                  Да, но при этом только гравитационное, и никакое другое. Возможно для гравитационное взаимодействие способно проникать из одной вселенной в другую, а другие виды взаимодействия — нет.
                    +3
                    Вы пытаетесь изменить терминологию. В мультивселенной вселенные каузально (причинно-следственно) изолированы друг от друга, т.е., никакие события в одной вселенной не способны повлиять на другую. По определению. Даже гравитационно. (В фильме «Гравитация» речь шла не о мультивселенной, а об одной многомерной вселенной со сложной топологией в экстремальных областях типа чёрных дыр, если вы пытаетесь натянуть сюжет этого фильма на статью.)
                      +1
                      Разрешите подправить. Речь, вероятно, об «Интерстеллар». В «Гравитацци» Сандра Буллок вернулась, а Джордж Клуни остался в космосе навсегда.
          0
          Для того, чтобы быть спутанным нужны парные частицы в двух вселенных созданные из одной и тойже чистой энергии простанства. А это теоретически создаст или Антивселенную с противоположными квантовыми характеристиками материи — что скорее всего невозможно (для нашей вселенной симетричность на сегодняшний день не находит подтверждения, но это не значит, что такое не возможно в мультивселенной). Или создало Паралельную вселенную в других измерениях и часть из связанных частиц оказалась в ней, что более похоже на происходящее в квантовой физике.

          Но одно и второе просто расширяет нашу вселенную, увеличивая её в два раза (в первом варианте) и в N-раз во втором. Квантовая спутанность останется и возможно мы в будущем сможем её использовать для изучения той части вселенной. Но это будет одна и таже наша вселенная, только расширенная.

          А вот остальные вселенные не будут иметь квантовой связности по энергии с нашей. Тут вопрос возможно ли это в принцыпе. Нобель по физике за квантовую теорию по топологии это ставит под сомнение. Фактически они раскрутили 2-мерный квантовый мир в одно измерение. Вопрос только расширяется ли топология на N измерений.
          Это скорее подтвердит не существование для нашей вселенной не связных с ней вселенных. Потому и ответ «НЕТ». «Относительность» мать её за ногу.

          P.S. Но это не значит, что их нет.
            0
            Просто надо внимательно прочитать фразу "Консервативный подход говорит о том, что ...". Здесь не утверждается, что это единственный возможный ответ. Здесь говорится, что это наиболее вероятный ответ, исходя из современных представлений.
              0
              Ну, нужны какие-то подкрепляющие соображения, иначе консервативный подход может сказать нам что Солнце вращается вокруг Земли.
            0
            Д. Дойч в книгах «Структура реальности» и «Начало бесконечности» приводит интересные аргументы в пользу мультивселенной.
              +1

              А есть какое-то разъяснение вот этой фразе?


              Согласно жизнеспособным механизмам, благодаря которым инфляции достаточно для создания наблюдаемой Вселенной, существуют и другие районы пространства, окружающие наш (в которых инфляция закончилась), где инфляция не кончилась так быстро.

              Из каких предпосылок делается вывод, что не "вся" инфляция закончилась нашим Большим Взрывом?

                0
                Разве объяснение существования множества вселенных не выводится из опытов с фотонами?
                  0

                  Многомировая интерпретация предполагает "параллельные" вселенные с одинаковыми законами, здесь же речь идет о множестве "соседствующих" вселенных которые могут иметь разные законы.

                  0
                  Нравится мне это — понятие мультивселенной предполагают только в контексте «параллели». То есть есть некие «соседние» вселенные, за краем нашей. И все это располагается в неком «пространстве»…
                  А предположить что остальные n-вселенные находятся не «за», а внутри нашей? Наподобие матрешки? И сама наша вселенная так же — лишь часть чего-то большего?
                  Я почему-то уверен что бесконечность распространяется не только «в ширь» но и «в глубь». И та пустота, которая наполняет атом, все же чем-то заполнена, но на других «слоях».
                    0
                    Лично мне эта теория это предположение сильно импонирует.

                    Очень понравилась серия книг Василия Головачёва: Смутное время, Чёрный человек. Роман «Реквием машине времени» и другие.

                    Суть же во множественности миров по теории Хью Эверетта. Миров, каждый из которых в каждый квант времени разделяется на множество других в зависимости от количества вероятностных (возможных) вариантов течения событий в данный квант времени. (Вы решали что выпить, чай или кофе и в одной вселенной вы выпили кофе, а в другой чай). От сюда и названия Древо, веер и тд.

                    Так же о нечто похожем писал Сергей Лукьяненко: Башня.

                    Может я и романтик фантазер, но так хочется узнать тайны вселенной и сразу же при этой мысле огорчаешься — при жизни ничего не узнать!(
                      0
                      Это реальный мистицизм осознавать что некоего ограничения в «объёме всего» нет, а подумать об ограничении тоже с чего бы вдруг, получится что где-то неважно где есть столько же всего.
                        0
                        Мне кажется, что эта теория, действительно «метафизика». Попытка «заглянуть за пределы» экстраполируя на основании известного и в рамках нынешнего научного мировоззрения. И на мой взгляд, причина создания данной теории — дать ответ на проблему тонкой настройки (и антропный принцип в частности) и на вопрос — что было до «Большого взрыва» и что было его причиной. И ответ в рамках теории о мультивселенной — вселенные вроде нашей возникают постоянно и непрерывно и в каждой из них свои константы и свои физические законы. Ну и нам просто выпал случай оказаться во вселенной чьи законы позволяют нам существовать.

                        Не знаю… по мне так эта теория немного «жульническая», поскольку заведомо непроверяемая теория преподносится как нечто весомое, наукообразное. Ну и несколько наивная, поскольку как бы нибыли значительны успехи науки за последние 100-200 лет — еще многое остается неизвестным. Быть может, столетия назад кто-то размышлял — «А какого размера та черепаха, на которых стоят слоны, на которых покоится Земля? А насколько глубок тот океан в котором она плавает? А куда она плывет и есть ли другие черепахи на которых стоят другие слоны держащие другую Землю? А кто бы там мог бы обитать?»

                        Вспомнилось, кстати… Возникли параллели между «мультивселенной» и «многомировой интерпретацией» квантовой физики, в частности — «колапсом волновой функции».

                        Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                        Самое читаемое