Собственно, фантасты и обычные люди давно грезят параллельными мирами. Но есть и научные теории, предполагающие существование мультивселенной:
- Многомировая интерпретация квантовой механики. Согласно этой теории, каждое решение или событие в мире порождает ответвление вселенной, создавая бесконечное количество параллельных миров.
- Инфляционная мультивселенная. Вытекает из инфляционной модели Вселенной, которая предполагает быстрое расширение сразу после Большого взрыва. Идея предполагает, что различные области пространства-времени могут раздуваться с разной скоростью, создавая отдельные вселенные.
- Ландшафтная мультивселенная. Возникает из ландшафта возможного вакуума в теории струн. Предполагает, что существует огромное количество возможных вселенных, каждая из которых имеет свой собственный набор физических законов и констант.
А теперь чуть подробнее, что это за теории.
1. Многомировая интерпретация квантовой механики
Обычные люди не знакомы с квантовой физикой, да и в жизни она пригождается только ученым и инженерам, а вот результаты применения квантовой физики давно и прочно вошли в нашу жизнь: во флешках используется туннельный эффект, лазеры записывают и передают информацию, а LED лампы освещают наши дома, более того, созданы и неплохо работают квантовые компьютеры.
С помощью изящных формул и математического аппарата квантовая физика описывается достаточно точно, и самые точные эксперименты не находят отклонений от предсказанных теорией эффектов.
Однако, если попросить ученого, работающего в этой области, то не всякий из них сможет объяснить законы квантовой механики простыми словами, поскольку они слишком отличаются от привычной для нас картины мира, описываемого с помощью физики Ньютона.
Основная проблема, которую пытаются решить при интерпретации квантовой физики — проблема измерения. В классической физике все просто: есть пространство и время, есть материя, находящаяся в этом пространстве, есть параметры системы (как импульс или положение), и есть законы физики, которые описывают изменение этих параметров. Если точно знать начальное состояние системы, можно предсказать ее поведение в будущем с абсолютной точностью. А вот в квантовой физике все не так… Систему описывает волновая функция. Она определяет вероятность измерить систему в определенном состоянии (например, определенную координату или импульс). До измерения нельзя сказать, что система обладает определенным моментом, она обладает только волновой функцией (ВФ).
Кстати, ученые всё чаще начинают обращаться к квантовой физике, изучая макромир. Например, когда я создавал теории "Квантовой семантики" я действовал точно также, приписывая каждой звукобукве определенную волновую функцию и получил интересные результаты, которые еще ждут своего практического применения в ИИ. Вот и для вселенной ученые также решили применить законы квантовой физики.
Например, из квантовой физики известно, что не открыв коробку с подарком нельзя четко утверждать, что там, можно только перечислить возможные предметы, исходя из личности того, кто дарит. Но ведь это же очевидно! Математика просто описывает, что предмет, который находится в коробке, представляет из себя набор вероятных предметов, что в грубом приближении и является ВФ в данном случае. А человек, открывающий коробку с подарком находится, как говорят математики в суперпозиции с этими предметами. Этот человек "наблюдатель" в терминах квантовой физики и собственно его наблюдения изменяют конечное состояние, в данном случае, когда он открывает коробку и узнаёт, что в ней находится.
Если теперь перейти к Вселенной, о которой мы тоже мало чего знаем, то все её элементы описываются волновой функцией, которые, что важно, в квантовой вселенной существуют все одновременно. И пока мы как наблюдатели не не заберемся в соответствующий уголок Вселенной, там существует всё, что только может там существовать!) И зафиксировав то, что там есть, мы как бы выбираем именно этот вариант существования этого кусочка вселенной.
Значит, например, на Земле в каждый момент времени она может перейти из этого состояния в иное квантовое состояние, зависящее от выбора людей и от прочих внешних условий, существующих на этой Земле. Согласно квантовой физики, все эти возможные варианты существуют одновременно, пока наблюдатель не зафиксирует новое квантовое состояние Земли. Но если все эти состояния Земли существуют одновременно, то значит мы фактически живем в мультивселенной, всякий раз просто своим выбором переходя в новое состояние этой вселенной. Получается, что все варианты развития вселенной уже есть, а человек просто ползает своим вниманием по этим параллельным вселенным, всякий раз попадая в наиболее вероятный для него вариант (кстати очень похоже на интерпретацию вселенной Карлосом Кастанедой)...
В этом месте, обычно появляется какой-нибудь поп-батюшка и говорит: "Ну Бог же сказал, что создал весь мир, который не изменен!"... И прежде чем чего-то мудро ответить на этот выпад, надо серьезно подумать.
Человек, сделав свой выбор, оказывается в новом состоянии и как правило не может вернуться в предыдущее состояние (в одну реку нельзя войти дважды). Т.е. другой параллельный мир, где он сделал другой выбор, ему больше не доступен, более того этот параллельный мир продолжает существовать.
Но в квантовой физике есть еще одно очень важное понятие "квантовая запутанность". По определению, два состояния запутанны, когда нет возможности разделить их на две независимых части. Например, если два электрона запутаны, то по одному из них можно точно судить что делает второй, т.е. они находятся в абсолютном резонансе.
В целом, явление "запутанности" создаёт в параллельных мирах предопределенные тропы, жестко детерминируя переход одного состояния мира в другое. Однако, человек не способен "запутаться" одновременно со всеми людьми Земли, поэтому в новое состояние он переносит только часть предыдущего состояния, остальное переносится другими людьми. Все эти части коррелируют между собой по правилу резонанса, но не запутанности. Т.е. параллельные миры оказываются очень похожими в некоторых деталях, но отличаются в других деталях... Запутанность является мерой измерения резонанса: чем больше свободных (не запутанных) связей системы, тем меньше резонанс этой системы с другими. Тем она свободнее в своих "действиях".
И тут опять вылазит неугомонный батюшка и говорит: "Это и есть свобода воли человека, которой его наделил Бог!".
Можно было бы согласиться с этим, вот только в квантовой физике нет места Богу - есть набор математических формул, которые и определяют взаимодействие систем, включая параллельные миры.
Разделение миров происходит ровно тогда, когда в процессе взаимодействия оказываются вовлечено множество степеней свободы, и "измерение становится необратимым" (нельзя вернуться в предыдущее состояние).
Например, кот Шредингера в коробке вместе с радиоактивным источником. В момент, когда ядро распадается, и яд убивает кота, кот расщепляется на две версии. И с точки зрения кота он уже не может взаимодействовать со своей копией. С точки зрения Шредингера кот все еще в состоянии жив-мертв. Только когда человек открывает коробку, он оказывается запутанным с котом и источником радиации. Т.к. радиоактивный распад необратим, Шредингер также необратимо расщепляется на две версии себя.
2. Инфляционная мультивселенная
В середине XX в. впервые было осознанно, что в микроволновой части спектра повсюду в космосе однородное свечение. Физики решили, что это свечение является дошедшим до наших дней отголоском рождения Вселенной. История этого достижения является очередным успехом теории Большого взрыва, но одновременно с этим вскрывает один из фундаментальных недостатков теории и создает площадку для последующего ключевого прорыва в космологии – инфляционной космологии.
Инфляционная космология видоизменяет теорию Большого взрыва, дополняя ее интенсивной вспышкой невероятно быстрого расширения в течение первых мгновений жизни Вселенной. Такая модификация играет существенную роль для объяснения некоторых свойств реликтового излучения. В течение последних нескольких десятилетий ученые постепенно осознали, что наиболее убедительные варианты теории приводят к огромному количеству параллельных вселенных.
Георгий Гамов, советский физик, иммигрировавший в США, провел исследования, которые прояснили и оживили картину первых мгновений жизни Вселенной. С учетом небольших современных дополнений картина выглядела следующим образом.
Сразу после рождения, Вселенная была невероятно горячей и плотной. Пространство быстро расширялось и остывало, что приводило к образованию частиц из первичной плазмы. В течение первых трёх минут температура быстро падала, однако оставалась достаточно высокой, чтобы Вселенная была похожа на космическую ядерную печь, где образовывались простейшие атомные ядра: водород, гелий, небольшие количества лития. После ещё нескольких минут температура упала до 108 К, что примерно в 10 000 раз выше температуры поверхности Солнца. Хотя то, что согласно привычным стандартам такая температура крайне высока, её уже не хватает для дальнейшего поддержания ядерных процессов, и начиная с этого момента, интенсивность движения частиц сильно падает. Последующие миллиарды лет почти ничего не происходило, пространство просто продолжало расширяться, а плазма частиц продолжала остывать.
Примерно спустя 370 000 лет Вселенная остыла до 3000 К. На тот момент пространство было заполнено плазмой электрически заряженных частиц (в основном протоны и электроны).
Оправдавшееся предсказание теорией Большого взрыва того, что пространство заполнено реликтовым излучением, стало триумфом. Однако дальнейший анализ данных выявил серьезную проблему. Более точные измерения температуры излучения с помощью передового астрономического оборудования, показали, что излучение однородно – абсолютно однородно – в пространстве. Температура этого излучения составляет 2.725 К. Что за механизм лежит за подтверждаемой наблюдениями однородностью Вселенной?
Но, более теплый предмет всегда передает свое тепло более холодному, пока их температуры не выравниваются. Похожие рассуждения должны бы объяснить однородность реликтового излучения. Однако в рамках теории Большого взрыва такое объяснение не проходит. Действительно, рассмотрим две точки пространства, расположенные на очень большом расстоянии друг от друга. Первый испущенный при взрыве луч света еще не достиг второй точки, следовательно, они никогда не могли взаимодействовать друг с другом.
И тут ученые решили, что исправить модель можно, если допустить, что галактики удаляются друг от друга не потому, что они движутся в пространстве, а потому как расширяется само пространство, а галактики лишь увлекаются общим потоком.
Кроме того, теория относительности не накладывает никаких ограничений на скорость расширения пространства, и поэтому нет никаких ограничений на скорость разбегания галактик, увлекаемых общим расширением. Скорость разбегания галактик может быть выше любой скорости, включая скорость света.
Однако трудность остается, как объяснить, что практически одинаковые температуры возникли в независимых областях космоса. Пришлось ученым думать дальше. Ну и придумали инфляционную космологию, основанную на тонких свойствах общей теории относительности Эйнштейна.
Стандартная теория Большого взрыва ломается, потому что области пространства отдаляются слишком быстро для установления теплового равновесия, т.е. реликтовое излучение не может быть однородным. Инфляционная теория решает эту проблему, уменьшая скорость разделения областей пространства в начальные моменты времени и обеспечивая таким образом достаточно времени для выравнивания температуры. Затем из теории следует, что после завершения такого «космического рукопожатия» наступает непродолжительный период чрезвычайно быстрого и постоянно ускоряющегося расширения, названного инфляционным расширением, которое более чем достаточно компенсирует вялый старт и быстро разносит разные участки неба на огромные расстояния. Наблюдаемые нами однородные условия больше не являются загадкой, так как общая температура установилась до того, как разные области пространства были быстро разнесены.
"Сверхгениально" - это я иронизирую, поскольку данная теория пока лишь вариант описания некоторых космологических процессов, но ничем фактически не доказана. Тем более, что "реликтовое" излучение вовсе не является реликтовым, это результат размыкания кварков вакуума - результат их мерцания.
Во второй половине XX столетия физики присоединили концепцию поля к быстро развивающемуся пониманию микромира, основанному на квантовой механике. В итоге квантовая теория поля стала математическим аппаратом для создания самых точных теорий материи и сил в природе. С её помощью физики установили, что помимо электрических и магнитных полей существует целый набор других полей, таких как сильные и слабые ядерные поля, кварковые, и нейтринные поля. Поле, которое является теоретическим фундаментом инфляционной космологии, называется полем инфлатона (это похоже на то, как для объяснения горения в ранние, давние времена ввели термин "флогистон").
Если представить космос в целом, он будет изобиловать бесчисленным множеством далеко разбросанных областей, каждая из которых несет след произошедшего инфляционного расширения. Наш мир, который издавна привыкли считать единственной вселенной, является одним из множества таких областей, парящих в неизмеримо большом пространстве. Таким образом, инфляционная космология приводит нас к одной из вариаций на тему параллельных миров - каждая такая область, выброшенная при взрыве, и является параллельным миром, точнее вселенной. Однако, эти параллельные миры хорошо объясняются в рамках модели замыкания космических структур.
Однако, все эти идеи совместно показывают, что инфляционная космология значительно обновляет наше представление о реальном пространстве. Представьте вселенную в виде гигантского куска швейцарского сыра, в котором дырки соответствуют областям, где величина поля инфлатона мала, а в остальных местах, наоборот, велика. То есть дырки — это области, подобные нашей Вселенной, прошедшие стадию сверхбыстрого расширения, в процессе чего энергия поля инфлатона преобразовалась в частицы, которые со временем формируют галактики, звёзды и планеты. На более стандартном языке космологии каждая дырка называется условно пузырьком-вселенной.
3. Ландшафтная мультивселенная
Ландшафтная мультивселенная — концепция, которая предполагает существование множества возможных вселенных, каждая из которых имеет свой собственный набор физических законов и констант. Эта идея возникает из ландшафта возможного вакуума в теории струн. Термин «ландшафт» в контексте мультивселенной означает гигантскую многомерную карту, на которой каждая точка — это отдельная вселенная с уникальным набором параметров: числом измерений, величиной гравитационной постоянной, количеством элементарных частиц, топологией пространства.
Теория ландшафтной мультивселенной предполагает, что теория струн предсказывает существование огромного числа возможных способов «свернуть» дополнительные измерения. Это создаёт такое же количество возможных вселенных с разными законами физики. Этот набор возможностей называется «ландшафтом теории струн». Ну а наша Вселенная — лишь одна из бесчисленных «долин» на этом гигантском ландшафте.
Инфляция (см. п. "Инфляционная вселенная") «размножает» эти долины, создавая пузыри с разными физическими свойствами.
Вселенные могут быть связаны не пространством, а какими-то иными измерениями — квантовыми переходами, кротовыми норами или даже информационными корреляциями.
Теория ландшафтной мультивселенной конечно же вызывает споры. Противники идеи считают, что непроверяемые и нефальсифицируемые гипотезы, содержащие в себе скрытые миры за границами достижимости, не являются наукой. Сторонники теории возражают, что хотя способ, которым мультивселенные могут проявить себя в наблюдениях, будет скорее всего сильно отличаться от привычного — будет не столь явным, опосредованным, — нельзя сказать, что в разумных гипотезах подобные связи исключены на фундаментальном уровне.
14.01.2026, #Виктор Венский
#научные аспекты теории мультивселенных