Теорія множинних всесвітів. Де закінчується наука і починається вигадка?

Всесвіт там, де була завжди і буде завжди. Принаймні, так нам сказали і так випливає з самого слова «Всесвіт». Але якою б не була справжня природа Всесвіту, наша здатність збирати про неї інформацію фундаментально обмежена. З моменту Великого Вибуху пройшло 13,8 мільярда років, і швидкість, з яким подорожує інформація — гранична швидкість, швидкість світла — обмежена. Тому, хоч увесь Всесвіт може бути воістину безмежна, спостережуваний Всесвіт — ні.

Згідно провідним ідеям теоретичної фізики, наш Всесвіт може бути одним невеликим регіоном величезних множинних всесвітів, яких може бути нескінченно багато. Деякі з цих ідей дійсно наукові, а деякі — суто спекулятивні, видають бажане за дійсне. Давайте навчимося їх розділяти. Але спочатку трохи передісторії.

чи Існують множинні всесвіти?

Сучасна Всесвіт пропонує нам декілька цікавих фактів, які дуже легко спостерігати і перевірити, у всякому разі, при допомозі наукових об'єктів світового класу. Ми знаємо, що Всесвіт розширюється: ми можемо виміряти властивості галактик, дізнатися їх відстань і швидкість видалення від нас. Чим далі вони, тим швидше видаляються. У контексті загальної теорії відносності, це означає, що Всесвіт розширюється.

І якщо Всесвіт розширюється сьогодні, це означає, що у минулому вона була меншою і щільніше. Якщо заглибитися досить далеко в минуле, можна виявити, що вона була більш однорідною (тому що гравітації потрібен час, щоб зібрати всі по купках) і гарячої (тому що менші довжини хвиль світла означають більш високі енергії і температури). Це повертає нас до Великого Вибуху.

Але Великий Вибух не був самим початком Всесвіту. Ми можемо зазирнути в минуле тільки до певного моменту в часі, за яким прогнози Великого Вибуху перестають збуватися. Є кілька спостережень речей у Всесвіті, яких Великий Вибух не пояснює, проте пояснює теорія космічної інфляції.

У 1980-х роках було розроблено досить багато теоретичних наслідків інфляції, включаючи:

• як повинен виглядати посів великомасштабних структур;
• що флуктуації температури і густини повинні існувати в масштабах, що перевищують космічний горизонт;
• що всі регіони космосу, навіть з флуктуаціями, повинні володіти постійної ентропією;
• повинен бути максимум температури, досягнутий Великим Вибухом.

У 1990-х, 2000-х та 2010-х ці чотири передбачення були наглядово підтверджені з високою точністю. Космічна інфляція перемагає.

Інфляція говорить нам, що до Великого Вибуху Всесвіт не була наповнена частками, античастицами і випромінюванням. Замість цього вона була наповнена енергією, властивою самому простору і ця енергія призводила до того, що простір швидко розширювалося, невблаганно і експоненціально. У певний момент інфляція закінчилася і вся (майже вся) ця енергія виявилася перетвореної в матерію та енергію, поклавши початок гарячого Великому Вибуху. Кінець інфляції поклав початок Великому Вибуху. Тобто, Великий Вибух був, але не в самому початку.

Якщо б це була повна історія, у нас в руках виявилася б одна надзвичайно велика Всесвіт. Її властивості були всюди однаковими, закони одні і ті ж, а частини, які були за межами видимого горизонту, були б схожі на те місце, де ми знаходимося, однак назвати їх множинними всесвітами було б не можна.

тобто, не можна було б до тих пір, поки ви не згадаєте, що все існуюче фізично повинно бути квантовим по природі. Навіть інфляція з усіма невідомими, її оточуючими, повинна бути квантовим полем.

Якщо ж вам потрібно, щоб інфляція мала властивості квантових полів:

• в її властивості повинні бути невизначеності, їм притаманні;
• поле має описуватися хвильовою функцією;
• значення поля розтягуються з часом;

тоді ви прийдете до незвичайного висновку.

Інфляція не закінчилася всюди одночасно, а скоріше в окремих, вибраних, незалежних місцях, в той час як простір між ними продовжувало роздуватися. Має бути кілька величезних областей простору, де інфляція закінчується і починається Великий Вибух, але вони ніколи не зустрінуться, бо розділені регіонами роздмухуванню простору. Після початку інфляція буде тривати гарантовано і нескінченно, принаймні, в деяких місцях.

Коли інфляція закінчується, ми отримуємо Великий Вибух. Та частина Всесвіту, яку ми спостерігаємо, це лише частина регіону, у якому інфляція завершилася, за межами якого багато неспостережуваної Всесвіту. І існує величезна кількість регіонів, розділених між собою, з точно такою ж історією.

Така ідея множинних всесвітів. Як бачите, вона ґрунтується на двох незалежних, добре встановлених і широко прийнятих аспекти теоретичної фізики: квантова природа все і властивості космічної інфляції. Не існує ніякого способу виміряти її, як немає і способу виміряти неспостережних частина Всесвіту. Але ці дві теорії, які лежать в її основі, інфляція і квантова фізика, продемонстрували свою спроможність. Якщо вони вірні, множинні всесвіти будуть неминучим наслідком цього, а ми будемо в них жити.

І що? Існує безліч теоретичних наслідків, які неминучі, але про яких ми не можемо знати напевно, тому що не можемо їх перевірити. Множинні всесвіти —одне з таких наслідків. Не те щоб це було корисно, це просто цікаве пророцтво, яке випливає з теорій.

Чому ж так багато фізиків-теоретиків пишуть роботи на тему множинних всесвітів? На тему паралельних всесвітів і їх зв'язків з нашої власної? Чому вони стверджують, що множинні всесвіти прив'язані до струн, космологічної постійної і того факту, що наша Всесвіт ідеально налаштована для життя?

Так, тому що краще ідей у них немає.

В контексті теорії струн існує величезний список параметрів, які можуть, в принципі, приймати практично будь-яке значення. Ця теорія не робить ніяких прогнозів для них, тому ми змушені перебирати їх значення в контексті струнних вакуумов. Якщо ви чули про неймовірно великих числах, на зразок знаменитих 10⁵⁰⁰, які з'являються в теорії струн, вони відсилають до можливих значень струнних вакуумов. Ми поки не знаємо, що вони таке або чому володіють такими значеннями. Ніхто не знає, як їх розраховувати.

Тому, замість того, щоб говорити: «Це множинні всесвіти!», люди думають наступним чином:

• Ми не знаємо, чому фундаментальні постійні володіють такими значеннями, якими володіють.
• Ми не знаємо, чому закони фізики є такими, якими є.
• Теорія струн — це межі, які могли б забезпечити наші закони фізики нашими фундаментальними постійними, а також дати нам інші закони або постійні.
• Отже, якщо у нас будуть величезні множинні всесвіти, в яких різні регіони будуть володіти різними законами і постійними, один з таких може бути нашим.

Проблема в тому, що все це не тільки суто спекулятивно, але немає причин, враховуючи інфляцію і квантову фізику, вважати, що у роздмухуванню простору-часу різні закони або постійні в різних регіонах.

Не подобається такий підхід до міркування? Та й нікому не подобається.

Як ми вже з'ясували, множинні всесвіти — це не наукова теорія сама по собі. Швидше, це теоретичне наслідок законів фізики в найбільш повному їх розумінні. Навіть якщо у вас буде інфляційна Всесвіт, керована квантовою фізикою, ви будете прив'язані до цього. Але — як і теорія струн — вона з проблемами: вона не пророкує нічого з того, що ми спостерігали і не змогли пояснити без неї, і вона не пророкує нічого конкретного, на що ми могли б піти і глянути.

У цій фізичної Всесвіту важливо спостерігати все, що ми можемо, і збирати по крупицях будь-яке знання, до якого є доступ. Тільки з повного набору даних, які, як ми сподіваємося, будуть вірними, можна буде отримати наукові судження про природу Всесвіту. Деякі з цих висновків будуть мати наслідки, які ми не зможемо виміряти і довести: існування множинних всесвітів, наприклад. Але коли люди міркують про фундаментальних постійних, про закони фізики, про значеннях струнних вакуумов, вони не займаються наукою, вони просто міркують. Можна скільки завгодно говорити про множинних всесвітів і приводити в приклад широковідомі праці таких теоретиків, але робити з цього науковий погляд — ні.