Більшість із нас здивуються, дізнавшись, що ідея "альтернативних всесвітів" - це один із напрямів розвитку фундаментальної науки, особливо фізики. Цей напрям виникає з дуже різних, часом непорівнянних концепцій. Проте, вони сходять до подібного визначення мультивсесвіту.
Перша ідея, з якою працюють вчені, - проблема колапсу хвильової функції. Досі не вирішене питання вимірювання у квантовій механіці.
Друга ідея - припущення, народжене космологією: що існувало "до" того, як наш Всесвіт почав процес швидкої інфляції, і що існує поза спостережуваним світом? Методологічно ми навіть не в змозі описати проблему, а тим паче поставити коректне запитання і, відповідно, працювати в заданому напрямку.
Звідси виходить, що визначення "паралельних світів" як "альтернативних вимірів" виглядає цілком коректно. Термін можна знайти в підручниках фізики, але із зовсім іншою семантикою, ніж у науковій фантастиці.
Ці ідеї продукують безліч гіпотез:
- нескінченна кількість майже ідентичних всесвітів;
- кінцевий набір всесвітів, що існують у своїх власних "бульбашках";
- всесвіт один, але вимірів безліч;
- ми живемо в тривимірному просторі, тому загалом картина всесвіту нам не доступна.
- Зустріч із мультивсесвітом.
Був час, коли слово "всесвіт" відносилося до всього матеріального світу, існування, але сучасна космологія безповоротно змінила це поняття. Тепер дозволено говорити і про те, що знаходиться "поза" Всесвітом. Фактично сприйманий (вимірюваний) нами світ може бути лише невеликою частиною набагато більшої клаптикової ковдри.
Як заявив космолог Пол Девіс, одна з найнебезпечніших речей у концепції "мультивсесвіту" - стопки світів, розташованих поруч один з одним, - те, що наукова концепція межує з містицизмом. Саме цей аспект є серйозною проблемою. Навіть багато прихильників цієї гіпотетези сумніваються, що її можна перевірити експериментально.
Однак що ближче ми підходимо до повної картини, то спокусливіше розглянути альтернативні версії.
Фред Адамс, американський астрофізик і доцент кафедри фізики Мічиганського університету, вважає за необхідне створення моделі паралельних світів тільки заради доказу "зручності" пеальності, її "пристосованості" для життя?
Адамс зазначає, що закони фізики можуть бути описані за допомогою набору фундаментальних констант, які мають потенціал набувати різних значень. Визначення діапазону цих констант допомагає кількісно оцінити, наскільки наш Всесвіт є особливим у порівнянні з іншими можливими Всесвітами, і допомагає створити робочу модель Всесвіту.
Також вчений припускає, що наша версія має правильні параметри для підтримки утворення структур, зірок, планет і навіть біологічних систем, проте може існувати безліч "порожніх" Всесвітів, де фізичні умови не настільки сприятливі. З іншого боку, поруч із нами можуть бути всесвіти, навіть більш сприятливі для розвитку таких об'єктів. Він стверджує про наявність понад 10 варіацій, якщо враховувати ті константи, які нам відомі.
Але шанси знайти іншого "вас" дуже малі. Тим паче, що закони фізики в цих світах, імовірно, будуть радикально відрізнятися від відомих нам. Деякі фізики навіть виключають кластеризацію елементарних частинок і утворення великомасштабних тіл, таких як зірки і планети.
Один із найпопулярніших напрямів досліджень - зрозуміти, як розширюються всесвіти і яким чином вони співіснують. Йдеться про теорію інфляційного мультивсесвіту. Вона була представлена Полом Стейнхардтом, професором інституту Альберта Ейнштейна в Прінстонському університеті. Згідно з цим підходом, інфляція не закінчується нашим Всесвітом. Інфляція - нескінченний процес, а весь простір розбитий на окремі "бульбашки" або "плями". Кожна з бульбашок може мати різні фізичні закони, як і пропонує Адамс.
Ідея вічної інфляції стикається з проблемою верифікації і, отже, виявляється недоведеною. Утім, ця обставина не зупиняє прихильників теорії, зокрема, Алана Гута, які стверджують, що мультивсесвіт - це просто логічне продовження того факту, що ми виявили тільки власний Всесвіт.
Під час пресконференції у 2014 році, Гут заявив, що побудова моделей інфляції, які б не призводили до мультивсесвіту, представляє собою складну задачу. Він вважає, що хоча це завдання не неможливе, проте дослідження у цій області є надзвичайно важливим.
Згідно зі словами Гута, більшість моделей інфляції ведуть до появи мультивсесвіту. Тому, на його думку, докази інфляції вказують на те, що необхідно серйозно розглядати ідею мультивсесвіту.
Ще одна цікава концепція структури та світоустрою - це "теорія Брейна", американського фізика-теоретика, математика та прихильника "струнного" підходу. Тут ідеться про те, що наш Всесвіт, як і всі інші, перебувають на величезній мембрані, розташованій у вищому вимірі.
Коли ці всесвіти рухаються навколо мембрани, вони іноді стикаються один з одним. Нерівності вивільняють величезну кількість енергії, викликаючи "великі вибухи" і приводячи до народження нових всесвітів.
Теорію Гріна класифікують як теорію суперструн, гіпотетичну концепцію, яка лежить в основі всієї фізики і об'єднує квантову фізику і загальну теорію відносності, висуваючи ідею квантової гравітації. Але такі теорії потребують додаткового елемента, названого "прихованими вимірами". Перевірити ідею, звісно, не можна, але математично картинка вимальовується практично ідеально.
Потрібно трохи місця
Отже, теорія струн припускає, що фундаментальні частинки являють собою струнні петлі, які коливаються в просторі. "Приховані виміри" ніби викликають образи альтернативних всесвітів, де поняття фізично "нормального" відрізняється від нашого - реальність відносна.
Одна із захопливих речей у теоріях суперструн полягає в тому, що, на відміну від інших концепцій у фізиці, цей клас пояснень здатний передбачити кількість вимірів, якими володіє платформа простору-часу, де вони розташовані.
N-розмірність, що вводиться, вимагає, щоб десять вимірів були послідовними. Але де вони "є"? Чому ми сприймаємо світ тільки в чотирьох вимірах?
Найпростіший і найзрозуміліший спосіб відповісти на це запитання - припустити, що додаткові виміри "згорнуті", приховані всередині трьох звичних нам вимірів, і ми про них не знаємо. Фізики говорять про "стиснення розмірів у внутрішньому колекторі", але от біда - як він влаштований, чіткого розуміння немає.
Утім, ідея, звана "компактифікацією", з'явилася ще до теорії струн. Уперше вона була висунута Теодором Калуца і Оскаром Кляйном у 1920-х роках. Вони намагалися об'єднати гравітацію та електромагнетизм. За іронією долі, тепер ми намагаємося скомпонувати гравітацію і квантову механіку.
Ідея в тому, що за низьких енергій і масштабу, в якому ми дивимося на Всесвіт, простір здається тривимірним, і ми усвідомлюємо як чотиривимірний, разом із часом. Однак за досить високих енергій приховані виміри можуть проявляти себе тим чи іншим чином. Великий адронний колайдер на допомогу. І жодних двійників, як у популярних романах.
Багато світів, але...
Усталене правило квантової фізики: щось завжди знаходиться в тому місці, куди ви не дивитеся; тому цілком доречно, що остання галузь фізики, яку ми шукаємо для наших аналогів, - це квантова галузь.
N-світова інтерпретація була вперше запропонована Г'ю Евереттом III у середині 1950-х років. Тоді безуспішно розв'язували проблему колапсу хвильової функції у квантовій механіці. Минули десятиліття, перш ніж фізики почали серйозно ставитися до самої постановки питання.
А все випливає зі звичного нам стандарту: електрони поширюються як хвилі, але взаємодіють з іншими системами як частинки, проявляючись як єдина пляма на флуоресцентному детекторі. Точно так само, коли дано бінарний вибір, електрон буде проходити через щілини як хвиля, якщо детектор не розміщений не по центру. Спроба визначити, через яку щілину пройшов електрон, змушує його "вибирати" або щілину A, або щілину B.
Копенгагенська інтерпретація квантової механіки припускає, що цей вибір виникає внаслідок колапсу хвильової функції - хвильової поведінки, що руйнується і поступається місцем частинкам. Але що викликає сам колапс?
Сценарій N-світу пропонує інший спосіб вирішення проблеми колапсу. Згідно з цією точкою зору, замість колапсу хвильова функція зростає експоненціально, швидко охоплюючи дослідників, їхню лабораторію, планету, галактику, а потім і весь Всесвіт.
Отже, тоді як за копенгагенською інтерпретацією електрон проходить або через щілину A, або через щілину B, N-світовий підхід стверджує, що електрон проскакує одночасно через обидві щілини. Ми отримуємо тільки 1 варіант вимірювання, пов'язаний з "нашим" всесвітом.
Тільки кожен зі світів, що розгалужуються, має свої власні приховані виміри, згорнуті в клубок, і вони несуть із собою свою власну версію мультивсесвіту, починаючи з елементарних частинок.
Верифікація
Основна проблема N-світової інтерпретації, як ми вже говорили, - перевірка теорії. Бо світи не здатні взаємодіяти один з одним.
Технологічно це означає поміщення макроскопічного об'єкта в квантову "суперпозицію". Нині це вище за наші експериментальні можливості, хоча дослідники постійно знаходять квантові ефекти у все більших скупченнях атомів.
Тому сьогодні ідея Мультивсесвіту не піддається перевірці. Парадокс у тому, що нам потрібна нова технологія для верифікації, однак вона може бути створена тільки після перевірки самої теорії.
Який вихід? Напевно, сконцентруватися на ідеї прихованих вимірів. І експериментувати - Великий адронний колайдер і так задає занадто багато змінних, які ще потрібно осмислити.
