Чи існує Мультвсесвіт? Насправді це фундаментальне питання для сучасної науки. Залежно від того, яку відповідь сприйме наукова спільнота, визначиться майбутнє фізики, астрономії та космології.
Вашій думці представляється дві точки зору. Першу думку - Мультивсесвіт існує - презентує астрофізик, доктор Ітан Сігал. Другу - Мультивсесвіту немає - відстоює доктор Адам Франк. Отже: чи реальний Мультивсесвіт?
Аргументи Ітана Сігала
Космічна інфляція і квантова теорія поля описують той Всесвіт, який ми бачимо і знаємо. Теорія з'явилася 1980 року і розповідає нам про те, що було до гарячого Великого вибуху. Вважається, що останній створив ті фізичні умови, які ми фіксуємо за допомогою різних приладів і спостережень.
Ми думаємо, що до того, як Всесвіт наповнився матерією і випромінюванням, він являв собою якусь енергію, невіддільну від тканини простору. І ця енергія змушувала Всесвіт невпинно розширюватися, за експонентою.
Однак у якийсь момент інфляція закінчилася, перетворивши "енергію, властиву простору", на частинки. Так виникла гаряча стадія - Великий вибух.
Оскільки універсум за своєю природою має квантову природу, інфляція має описуватися мовою квантової теорії поля. Усе те, що супроводжує квантову фізику, наприклад, невизначеність Гейзенберга і квантові флуктуації, повинно бути застосовано і до інфляції.
Отже, що станеться, якщо поєднати інфляцію і квантову теорію поля? Виходить низка передбачень, багато з яких підтвердилися спостереженнями.
Інфляція - рушійний механізм раннього Всесвіту, а спостереження звужують коло тих інфляційних моделей, які залишаються життєздатними.
Прийняття космічної інфляції та квантової теорії поля - це насамперед науковий консенсус, "відправна точка" нашого будівництва всесвіту.
Якщо космічна інфляція і квантова теорія поля вірні, то Мультивсесвіт виникає як неминучий наслідок їхнього об'єднання.
Найпростіше уявити інфляцію як кулю на вершині дуже плоского плато. Куля може повільно котитися в будь-якому напрямку, але доти, доки вона залишається на його вершині, інфляція триває. Коли куля скочується з плато в долину внизу, інфляція закінчується, переходячи у Всесвіт, у якому домінують частинки: матерія і випромінювання, що означає початок гарячого Великого вибуху.
То звідки ж узявся Мультивсесвіт?
Одна з властивостей квантової фізики полягає в тому, що положення частинки в будь-який момент часу не детерміноване, а відповідає розподілу ймовірності. Ба більше, хвильова функція, що описує цей розподіл імовірності, поширюється і в часі. На кшталт брижів, які створює м'яч, опущений у воду.
Тепер найцікавіше: у нас є дві речі, що конкурують одна з одною. З одного боку, швидкість кулі, що котиться, а з іншого - швидкість пульсацій, що поширюються назовні.
Якщо м'яч котиться швидше, ніж поширюються брижі, інфляція закінчується скрізь одночасно, залишається тільки один Всесвіт - більший за спостережуваний Всесвіт, який ми можемо бачити, але все ж кінцевий за розміром і взаємопов'язаністю.
Але якщо пульсації поширюються швидше, ніж котиться м'яч, то у вас будуть регіони, де пульсації "падають" із плато, і в цих регіонах виникне Великий вибух.
Але у вас також будуть регіони, де пульсації наближаються до центру плато, і в цих регіонах інфляція продовжиться. У підсумку виникнуть регіони, де інфляція закінчується, ви отримаєте гарячий Великий вибух, розділені регіонами, де інфляція триває.
З плином часу виникне більше регіонів, де інфляція закінчується і відбувається біг-бум, але також дедалі більше регіонів, де інфляція триває.
Ці області простору, де закінчується інфляція і починається Великий вибух, кожна по собі є незалежним Всесвітом, а разом вони складають Мультивсесвіт.
Можливо, ми не зможемо виміряти інші Всесвіти, принаймні поки що, але є всі підстави очікувати, що якщо інфляція і квантова теорія поля вірні, то Мультивсесвіт неминуче існує.
Аргумети Адама Франка: Мультивсесвіт (не) існує
Отже, для початку варто зазначити, що критична сама ідея Мультивсесвіту, але не інфляційна космологія. Сама по собі інфляція корисна. Проблема виникає, якщо змусити її працювати - тоді з'являється нескінченна кількість спостережуваних Всесвітів.
З моєї точки зору, важливо зрозуміти, що відбувається з теорією інфляції - тому що вона не є теорією, як, скажімо, електромагнетизм або квантова механіка. Це не те, що я б назвав теорією з великої літери "Т", що має нескінченну кількість точок експериментальної перевірки.
Скоріше, це клас теорій із великим простором для маневру. Така свобода призводить до численних дискусій про фальсифікованість теорії, оскільки, незалежно від того, які нові дані будуть зібрані, завжди знайдеться версія з новим обмеженням.
Інфляція справді має кілька положень, де вона узгоджується зі спостереженнями, наприклад, спектр збурень, що поширюються в часі та трансформуються у великомасштабні космічні структури. Це дійсно дуже добре. Але це далеко не той вид підтвердження, який ми маємо, скажімо, для Стандартної моделі фізики частинок, яка була перевірена багаторазово.
Це важливий момент, тому що інфляція трактується через фізику низьких енергій (порівняно з необхідними масштабами), положення якої екстраполюються на зовсім інші умови.
Між зрозумілою нам квантовою теорією поля та інфляційними областями простору-часу існує багато порядків. Це одна з причин, чому виникає така безліч різновидів інфляції.
Ми навіть не знаємо, яке фізичне поле рухає інфляцією. Гіпотетична частинка називається просто - "інфлатон", і теоретикам надається велика свобода для визначення її властивостей. Саме по собі це не проблема. Спекуляції та екстраполяція - безумовна частина того, чим займається фізика.
Але...
Теорія, яку ми розуміємо в одному режимі (прискорювачі частинок з набагато меншою енергією), розтягується на зовсім інший режим (10-36 секунди після Великого вибуху). Ця екстраполяція вирішує деякі проблеми, але за рахунок так званого "онтологічного перебільшення".
Можливо, що єдиний спосіб, яким працює, - прийняти нескінченну кількість всесвітів, які не можна спостерігати.
Звичайно, ми не можемо спостерігати, що знаходиться всередині чорної діри; і так, у нас є темна матерія, яку ми не можемо побачити; і так, є частини нашого Всесвіту за горизонтом світла.
Але у випадку з темною матерією (якщо вона існує), ми, принаймні, можемо дізнатися про неї багато нового, ґрунтуючись на впливі, який вона чинить на світну матерію, яку ми можемо бачити.
Прийняття загальної теорії відносності не означає прийняття ідеї, а тим більше факту існування мультиверсу.
Підбиваючи підсумок, я б сказав, що інфляція має деякі привабливі риси, але вона не є тією науковою підставою (з погляду спостереження), яка змушує сприймати Мультиверсесвіт.
Якщо це справді єдиний вибір, тоді слід переглянути всі припущення, які були закладені у фундамент підприємства з екстраполяції. Смирення в науці - це добре.
Відповідь Ітана Сігала: Багато передбачень було перевірено
Логічна помилка полягає в такому: ми не знаємо всього, тому як ми можемо довіряти будь-чому?
У будь-якій науковій діяльності ми маємо бути обережними в припущеннях, що виходять за рамки спостережуваного та/або перевіреного. При цьому ми не повинні ігнорувати загальні передбачення, які проявляються незалежно від зроблених припущень.
Те, що Ітан Франк стверджує про інфляцію, вірно в тому сенсі, що ми не знаємо про неї абсолютно все, включно з точними властивостями конкретної моделі, яка описує наш Всесвіт.
Однак я б заперечив твердження про те, що можна придумати будь-яку модель, яка дасть вам будь-які властивості, оскільки багато передбачень від неї не залежать.
Отже, які ж незалежні від моделі передбачення? Ось деякі з них:
- Всесвіт, розпушений флуктуаціями, він слабко відрізняється в космологічних масштабах, хоча не можна сказати, що абсолютно однорідний;
- зокрема в масштабах, де можливі надгоризонтні флуктуації;
- Всесвіт, чиї початкові недосконалості були на 100% адіабатичними (з постійною ентропією) і на 0% ізокривічними (з постійною кривизною);
- Всесвіт, початкова температура якого в момент Великого вибуху мала бути на кілька порядків нижчою за планківську температуру;
- який було не відрізнити від ідеально плоскої субстанції;
- і це супроводжується гравітаційно-хвильовим фоном певного спектра, з невідомою величиною.
- За останні ~40 років ми перевірили ці передбачення на практиці і підтвердили перші чотири з них. Наразі ми не можемо виміряти Всесвіт, щоб підтвердити два останні припущення.
Але ще одне пророцтво - і так, це пророцтво - яке неминуче випливає з інфляції, полягає в такому: якщо ви створите модель інфляції, яка узгоджується зі спостереженнями, зокрема, допускаючи "достатню" інфляцію, щоб надати Всесвіту тих властивостей, які ми спостерігаємо, то інфляція виявиться нескінченною в часі.
Оскільки частини простору, що набрякають, зростають експоненціально, а регіони, що не надуваються, - набагато повільніше (за законом потужності), самого простору завжди більше, ніж областей, де інфляція закінчується, і цей простір, що набрякає, розділяє і розганяє інші регіони.
Щойно починається інфляція, у будь-якій точці Всесвіту подібний сценарій стає неминучим. Ось чому існує Мультивсесвіт, і чому він є загальним передбаченням інфляції.
Квантова гравітація не врятує нас, оскільки вона виникає на набагато менших енергетичних масштабах, ніж ті, де вона має значення.
Ба більше, апеляція до фізики дуже високих енергій не має значення, оскільки було показано, що інфляційні властивості не залежать від енергетичного масштабу.
Іншими словами, так, інфляція дає вам деяку свободу дій у багатьох відношеннях, але вийти з Мультивсесвіту не можна.
Єдиний вихід - постулювати рамсфельдівське "невідоме невідоме", яке врятує і космологію, і фізику.
За матеріалами bigthink.com
