альтернативная вселенная что это
Хокинг, математика и струны: три ключевых теории о параллельных мирах
Параллельные вселенные — это миры, которые гипотетически существуют одновременно с нашим, но не обязательно похожи на него. Есть предположения, что там действуют другие законы природы или события принимают альтернативные исходы: если в нашем мире подброшенная монета упала орлом вверх, то в другой реальности — решкой.
Научные гипотезы, содержащие конкретные обоснования существования параллельных вселенных, появились только в XX веке, но философы рассуждали на эту тему еще в античности. В V веке до нашей эры в Древней Греции возникла теория атомизма. Согласно этой теории любая материя состоит из химически неделимых частиц — атомов, хаотичное столкновение которых образует параллельные миры. Философ Хрисипп, живший в III веке до нашей эры, предполагал, что Вселенная постоянно умирает и возрождается, то есть одновременно существует бесконечное множество ее состояний.
Первым физиком, который высказал предположение о существовании параллельных реальностей, стал австрийский ученый Эрвин Шредингер. В 1952 году в Дублине он прочел лекцию по квантовой механике и ввел понятие суперпозиции — явления, при котором частица одновременно находится в нескольких разных состояниях.
Позже идею о мультивселенных стали использовать писатели-фантасты. Одна из первых книг на эту тему — роман Майкла Муркока «Расколотые миры» (1963). Чтобы разобраться, могут ли параллельные миры существовать на самом деле, а не только в литературе и кино, мы рассмотрели основные теории и поговорили с российскими физиками.
Теории параллельных Вселенных
Теория Хартла — Хокинга
В 1983 году физики Стивен Хокинг и Джеймс Хартл выпустили научную работу, посвященную новой теории возникновения Вселенной. С помощью квантовой механики ученые пытались объяснить, как мир мог появиться из ничего и что было до Планковской эпохи — самого раннего этапа в его развитии.
Стивен Хокинг посвятил почти всю свою научную карьеру космологии — разделу астрономии, изучающему появление и эволюцию Вселенной. Помимо исследовательских работ, он выпустил несколько научно-популярных книг на эту тему — «Краткая история времени», «Черные дыры и молодые вселенные», «Мир в ореховой скорлупке».
Согласно теории Хартла — Хокинга изначально наш мир находился в космологической сингулярности. Это состояние, для которого характерны бесконечно высокие плотность и температура вещества. В результате Большого взрыва Вселенная расширилась, образовались галактики, звезды, планеты. Она продолжает безгранично расширяться до сих пор.
Описывая мир, Хокинг и Хартл рассматривали Вселенную как квантовую систему, которая одновременно находится в бесконечном множестве состояний. Наша реальность — лишь одно из них. Помимо нее существуют параллельные миры, которые отображают все возможные исходы любых происходивших событий.
Идея, согласно которой система может находиться в нескольких состояниях в одно и то же время, объясняется мысленным экспериментом Эрвина Шредингера — одного из основателей квантовой механики. Ученый привел пример с кошкой в непрозрачном ящике рядом с атомом радиоактивного вещества, который с одной и той же вероятностью может распасться или не распасться, и устройством, которое убивает или не убивает животное в зависимости от состояния частицы. Для наблюдателя, пока тот не откроет ящик, кошка будет в равной степени живой и мертвой, то есть одновременно находиться в двух состояниях.
Математическая гипотеза Тегмарка
Астрофизик и профессор Массачусетского технологического института **Макс Тегмарк выдвинул гипотезу о том, что наш физический мир — это математическая структура: набор физических постоянных (например, число Авогадро, массы элементарных частиц) и уравнений, описывающих фундаментальные законы природы.
Ученый считает, что все непротиворечивые математические структуры, которые можно вычислить, существуют физически. Например, в нашем мире гравитационная постоянная равна 6,67430 (15) × 10−11 Н × м² / кг−2. В параллельной вселенной это значение может быть другим, а значит, меняются решения связанных с ним уравнений.
Объединяя свою и другие теории, Тегмарк предлагает четырехуровневую классификацию миров:
Теория струн
В 1970 году Йоитиро Намбу, Хольгер Нильсен и Леонард Сасскинд независимо друг от друга выдвинули предположение о том, что не все физические частицы можно считать точечными из-за нетипичного характера их взаимодействия. Исследователи предложили рассматривать некоторые элементарные частицы (например, пионы, которые по массе меньше атома) как тонкие протяженные нити — так называемые квантовые струны.
В 1984–1986 годах произошла суперструнная революция: физики поняли, что теорией струн гипотетически можно описать взаимодействие всех элементарных частиц, а не только пионов. Возникла идея, что квантовые нити колеблются с разными частотами и задают свойства материи, как привычные нам атомы.
Согласно общепринятой теории относительности Вселенная включает в себя четыре измерения, среди которых длина, ширина, глубина и время. По теории струн измерений может быть 6, 10 и даже 26. Но мы осознаем только четыре из них. Остальные измерения сворачиваются, но в них могут помещаться параллельные вселенные. Эта концепция в упрощенной визуальной форме отражена в фильме Кристофера Нолана «Интерстеллар» (2014).
Михаил Иванов, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры теоретической физики МФТИ:
«Тема параллельных миров-вселенных в художественной и научной литературе переплетена с темой множественности миров-областей в пределах одной вселенной. Если рассматривать область якобы нашей вселенной, но отстающую от нас более чем на 14 млрд световых лет (это больше расстояния, которое свет может пройти с момента Большого взрыва к настоящему времени), тут уже возможно говорить о параллельных мирах.
Исторически одним из первых источников идеи мультивселенных была многомерная геометрия. Если в пространстве больше трех измерений, в нем можно представить несколько параллельных или пересекающихся гиперплоскостей, на каждой из которых действует обычная трехмерная физика. Восходят эти идеи минимум к XIX веку.
В современной науке основные источники идеи о мультивселенных — общая теория относительности и квантовая теория.
Общая теория относительности (ОТО) описывает, как геометрия пространства-времени, которая проявляется в виде гравитационных полей, изменяется со временем и взаимодействует с материей. В ней можно сконструировать решения основных уравнений так, чтобы черная дыра оказалась воротами в параллельный мир. Но это требует существования экзотических видов материи, которые едва ли возможны.
Можно применить обобщения ОТО к многомерному пространству и прийти к допущению, что в нем живут трехмерные браны (от слова мембрана), на поверхности которых размещаются параллельные вселенные. Можно модифицировать теорию так, чтобы пространство эволюционировало, порождая практически не связанные друг с другом области, в которых законы физики будут различаться.
В квантовой теории есть концептуальные проблемы, связанные с тем, что она состоит из двух разных частей. Первая — физика того, что происходит в замкнутой системе, обособленной от внешних взаимодействий. Вторая — теория измерений, описывающая взаимодействия системы с измерительным прибором.
Последнюю старались свести к физике замкнутых систем, включая в нее измерительный прибор. Но каждый раз теория измерений возникала снова, на другом уровне: вместо измерения состояния квантовой частицы приходилось рассматривать измерение состояния стрелки прибора или даже экспериментатора. В 1957 году американский физик Хью Эверетт III заметил, что теорию измерений можно исключить из квантовой механики, но тогда окажется, что в каждом эксперименте реализуются одновременно все возможные исходы. Это позволило проинтерпретировать теорию так, что Вселенная ветвится на варианты. В них происходит все, что в принципе могло бы произойти».
Существуют ли параллельные вселенные
Идею о существовании других реальностей в научном сообществе воспринимают неоднозначно. Сторонники этой концепции — Стивен Хокинг, американские физики-теоретики Брайан Грин и Ли Смолин, американский космолог Александр Виленкин.
Аргументы за:
Против идеи о параллельных вселенных выступают британский космолог Джордж Эллис, американские физики-теоретики Стивен Вайнберг и Дэвид Гросс. Их главный аргумент в том, что она ненаучна в целом. Ни одну из описанных выше теорий невозможно опровергнуть экспериментально, а значит, и доказать.
Михаил Иванов:
«В обозримом будущем мы едва ли сможем доказать существование параллельных вселенных. Многие теории основаны больше на игре ума, чем на экспериментальных фактах. Доказательство других порой требует ускорения элементарных частиц до энергии Планка (500 кг в тротиловом эквиваленте) или наблюдения за ними в течение миллиардов лет.
Более важный вопрос — удастся ли нам сформулировать квантовую теорию гравитации. Есть вероятность, что с ней мы сможем создавать параллельные вселенные, даже если раньше их не существовало».
В интервью для журнала Scientific American Джордж Эллис объяснил, что, по его мнению, ученые предложили идею о параллельных вселенных как универсальное объяснение природы нашего существования. Эту концепцию нельзя назвать неправильной, но она носит чисто философский, а не научный характер.
Станислав Алексеев, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник отдела релятивистской астрофизики Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга:
«У идеи о существовании параллельных вселенных есть несколько причин. Например, наличие черных дыр — каналов, через которые гипотетически энергия попадает из нашего мира в другой. Противоположные им белые дыры, существование которых не доказано, но допускается, могут быть источниками излучения из параллельных вселенных.
С точки зрения космологии, наличие других вселенных — возможность нарушить закон сохранения энергии, показав каналы, через которые она может убывать и прибывать. Это могло бы объяснить проблему космических лучей, энергия которых выше теоретического верхнего предела, без нарушения лоренц-инвариантности — свойства физической величины оставаться неизменной при преобразованиях.
Для доказательства или выбора одной из вышеописанных теорий не хватает экспериментальных, наблюдательных данных. В настоящее время во всех проектах общая теория относительности (ОТО) подтверждается с высокой точностью, но возможно, что в будущем удастся экспериментально выйти за ее границы».
Как современная наука изучает возможность существования параллельных Вселенных
В 1998 году во время наблюдения за сверхновыми звездами была обнаружена темная энергия. Это форма энергии, которая заполняет пустое пространство и действует противоположно гравитации, то есть отталкивает тела, а не притягивает их. За счет нее Вселенная расширяется с ускорением.
Ученые из Даремского и Сиднейского университетов создали компьютерную модель развития Вселенной и пришли к выводу, что в нашем мире относительно мало темной энергии. Согласно теориям возникновения Вселенной, ее должно было быть настолько много, что галактики и звезды не могли сформироваться, а жизнь не появилась бы.
В 2015 году в научном издании The International Journal of Physics вышла статья ученого А. А. Антонова о том, что темная энергия может быть признаком существования других вселенных. Для проверки этой и других теорий, связанных с темной энергией, ученые Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли, США, создали прибор Dark Energy Spectroscopic Instrument, который исследует электромагнитные спектры далеких галактик. Впервые он начал работу в 2019 году.
Параллельные миры. Что говорит наука
Несколько вариантов Вселенной
В 2015 году астрофизик Ранга-Рам Чари сделал заявление, что получил интересные данные. Они могут свидетельствовать о том, что во Вселенной существуют другие миры. Его работа была основана на анализе карты космического фонового излучения (CMB), созданной в планетарной космической обсерватории. Она принадлежит Европейскому космическому агентству. То, что обнаружил Чари, представляет собой таинственное светящееся пятно. Оно может быть неким «синяком», вызванным столкновением нашей Вселенной и ее альтернативным вариантом.
Большинство ученых отвергают эту идею. И относят ее к жанру «научной фантастики». Однако некоторые из них считают, что наша Вселенная состоит из 7, 11 или более измерений. И допускают существование бесчисленных параллельных миров.
Существуют ли параллельные миры?
Некоторые ученые утверждают, что параллельные миры могут существовать в бесчисленных вариантах. Если это правда, то интересно вот что: каждая из них индивидуальна? Или они являются зеркальным отображением нашей Вселенной? Существует ли кто-то другой, или, может быть существуют тысячи копий одного и того же человека? Какие эти люди? Они веселятся? Они богаты? Или они просто красивы?😁 Или может у них есть деньги, которые они могут нам одолжить?
Возможно, в некоторых Вселенных мы с вами не существуем. Возможно, в одной параллельной Вселенной динозавры никогда не вымерли. В другой, возможно, Гитлер выиграл войну. В других, Никсон никогда не был избран президентом. И НАСА было разрешено идти вперед со своими планами по созданию базы на Луне и колонизации Марса.
Альтернативные миры
Другие Вселенные могут также охватывать время. Время и скорость света могут замедляться в одном мире, и ускоряться в другом. Или, например, в других мирах время вообще может бежать назад. И все бесконечные варианты будущего уже заняты. Одна реальность — это «Вы» в будущем. А другой «Вы» — через минуты, или дни, недели, месяцы, годы в будущем. И все они живут вашей жизнью. Которая для Вас еще впереди.
Ученые, изучающие такие вещи, предполагают, что копия Вас может жить одинаковой с вашей жизнью. Или же совершенно другой. Тот, кто читает эту статью, может быть физиком-ядерщиком. Но в другой реальности он мог стать гениальным пианистом. Какой фактор или факторы отвечают за такие изменения или, наоборот, сходство? Если другой Вы имеете все то же восприятие, опыт и навыки, что и настоящий, то кажется логичным, что другой Вы делали бы тоже самое. Любая дивергенция будет опираться на небольшие изменения в физическом теле, восприятии или опыте этого близнеца.
Возможности здесь бесконечны. Одна Вселенная может быть размером с атом. Другая может находиться на орбите вокруг атома или молекулы. Она может вмещать сотни, тысячи, миллионы, миллиарды субатомных галактик с одинаковыми свойствами. Причем наша собственная Вселенная является относительно такой атомной конструкции бесконечно большой суперструктурой.
Пузырьковые Вселенные и квантовая пена
Квантовая теория предсказывает, что на субатомном уровне космос — это безумие субатомной активности с участием частиц и волн. И то, что мы осознаем как реальность, является лишь пятнами на лице этого квантового континуума.
Квантовая механика предполагает, что в мире субатомных частиц все вероятности происходят в разных местах одновременно. Хотите быть в двух местах сразу? Квантовая механика говорит, что это возможно.
Начало существования можно представить как бурлящее кипение потенциального вселенского пузыря, появившегося в квантовой пене континуума. Когда появляется квантовый пузырь, он может расти и расширяться, становясь расширяющейся звездной Вселенной. Возможно, в море квантовой пены может появиться бесконечное количество расширяющихся пузырьковых Вселенных.
Теория Вселенского пузыря основана на концепции космической инфляции, предложенной Аланом Гутом, Александром Виленкиным и другими. По их мнению Вселенная, в которой мы живем, — это всего лишь один пузырь среди бесчисленных пузырьков, всплывающих из квантовой пены, являющихся основой для всего существующего.
В обширном море квантового пространства может существовать бесчисленное количество пузырьков. Но не все они будут существовать по тем же правилам и при той же физике, которая управляет нашим миром.
11 измерений
Некоторые из этих миров могут быть четырехмерными, как наш. В то время как другие могут свернуться в семь, одиннадцать или более измерений. В одной пузырьковой Вселенной Вы сможете лететь во всех направлениях без ограничений. Тогда как в нашей физике законы Ньютона и Эйнштейна такие ограничения накладывают.
Вселенные пузырей, которые расположены близко друг к другу, могут даже склеиваться. Хотя бы временно, создавая отверстия и трещины во внешней мембране. Если они соединятся вместе, то, возможно, некоторые из физических материалов из одного пузыря могут быть перенесены в другой. Теперь вы знаете, откуда возник странный материал, растущий внутри холодильника. Он из другого измерения.😁
Ученые Пол Стейнхардт и Нейл Турок предполагают, что на самом деле не было никакого Большого Взрыва. И что скорее мы возникли в бесконечном цикле космических столкновений. Возможно, связанных с чередующимися пузырьковыми Вселенными. Таким образом объясняется открытие исследователя Ранга-Рама Чари в 2015 году. Наша Вселенная просто могла столкнуться с другой Вселенной. И было ли это столкновение мягким, неизвестно. Но на основании анализа космического фона он обнаружил таинственные светящиеся пятна. Они могут быть «синяком», возникающим в результате столкновения с параллельной Вселенной.
Множество миров Эверетта
Как утверждал физик — теоретик Хью Эверетт, универсальная волновая функция является «фундаментальной сущностью, подчиняющейся во все времена детерминированным волновым уравнениям» (Эверетт, 1956). Таким образом, волновая функция вещественна. И не зависит от наблюдателя или других ментальных постулатов (Эверетт, 1957). Хотя она по-прежнему подвержена квантовому запутыванию.
В формулировке Эверетта измерительное устройство (MA) и системы объектов (OS) образуют составную систему. До момента измерения она существует в четко определенных (но зависящих от времени) состояниях. Измерение считается причиной взаимодействия MA и OS. После того, как OS взаимодействует с MA, уже невозможно описать любую систему как независимое состояние. Согласно Эверетту (1956, 1957), единственными значимыми описаниями каждой системы являются относительные состояния. Например, относительное состояние OS, при условии состояния МА, или относительное состояние МА при условии состояния OS. Как утверждал Хью Эверетт, то, что видит наблюдатель, и текущее состояние объекта, связно самим актом измерения или наблюдения. Они запутались.
Однако Эверетт рассуждал, что, поскольку волновая функция, по-видимому, изменилась в тот момент, когда она наблюдалась, тогда нет необходимости фактически предполагать, что она изменилась. По словам Эверетта, крах функции волны является избыточным. Таким образом, нет необходимости включать коллапс волновой функции в квантовой механике. И он удалил ее из своей теории, сохраняя волновую функцию, которая включает в себя волну вероятности.
Согласно Эверетту (1956), «обрушившееся» состояние объекта и связанный с ним наблюдатель, который наблюдал один и тот же исход, были скоррелированы актом измерения или наблюдения. То есть то, что воспринимает наблюдатель, и состояние объекта запутывается.
Однако вместо коллапса волновой функции выбор сделан из множества возможных вариантов. Так что среди всех возможных вероятных результатов результат становится реальностью.
Миры для каждого свои
Эверетт утверждал, что экспериментальный аппарат следует рассматривать квантовомеханически. В сочетании с волновой функцией и вероятной природой реальности, это привело к интерпретации «множества миров» (Dewitt, 1971). Объект измерения и измерительный аппарат/наблюдатель находятся в двух разных состояниях, то есть в разных «мирах».
Когда производится измерение (наблюдение), мир разворачивается в отдельный мир для каждого возможного результата в зависимости от их вероятности. Все вероятные результаты существуют независимо от того, насколько это вероятно или маловероятно. И каждый результат представляют собой отдельный «мир». В каждом мире измерительная аппаратура указывает, какой из результатов получился, и какой вероятный мир становится реальностью для этого наблюдателя (Dewitt, 1971; Everett, 1956, 1957).
Поэтому предсказания основаны на расчетах вероятности того, что наблюдателю станут доступны те или иные миры. Как только наблюдатель входит в другой мир, он не знает о других мирах, которые существуют параллельно. Более того, если он изменит миры, он больше не будет знать, что существует другой мир (Эверетт, 1956, 1957): все наблюдения становятся последовательными и включают даже память о прошлом, существовавшем в другом мире.
Интерпретация «многих миров»
Сформулированная Брайсом Девиттом и Хью Эвереттом, она отвергает коллапс волновой функции. Вместо этого интерпретация охватывает универсальную волновую функцию. Она представляет собой общую объективную реальность, состоящую из всех возможных вариантов будущего. Все из них являются реальными. И существуют как альтернативные реалии в нескольких Вселенных. То, что разделяет эти множественные миры, — квантовая декогеренция.
Настоящее, будущее и прошлое рассматриваются как имеющие несколько ветвей. Как бесконечное множество дорог, ведущих к бесконечным исходам. Таким образом, мир является как детерминированным, так и недетерминированным (это представлено хаосом или случайным радиоактивным распадом). И существует бесчисленное множество вариантов будущего и прошлого.
Как это описано у Брайса Девитта (1973; Dewitt, 1971): «Эта реальность, совместно описываемая динамическими переменными и вектором состояния, не является реальностью, о которой мы обычно думаем. Она является реальностью, состоящей из многих миров. В силу временного развития динамических переменных вектор состояния естественным образом распадается на ортогональные векторы. Они отражают непрерывное расщепление Вселенной на множество взаимно ненаблюдаемых, но одинаково реальных миров. В каждом из которых каждое измерение дало определенный результат. И в большинстве из них соблюдаются известные статистические квантовые законы».
Девитт говорит о многомировой интерпретации работы Эверетта. Он утверждает, что в объединенной системе наблюдатель-объект может наблюдаться раскол. Это наблюдение, вызывающее расщепление. И каждый раскол соответствует различным или множественным возможным результатам наблюдения. Каждый раскол — отдельная ветка или путь. «Мир» относится к одной ветви. И включает в себя полную историю измерений наблюдателя относительно той единственной ветви, которая является миром для него. Однако каждое наблюдение и взаимодействие могут вызывать расщепление или разветвление таким образом, что объединенная волновая функция наблюдатель-объект изменяется на две или более невзаимодействующих ветви, которые могут расщепляться на многие «миры». В зависимости от того, какие из них более вероятны. И такое расщепление миров может продолжаться бесконечно.
Бесчисленное количество наблюдаемых событий
Поскольку события постоянно происходят, одновременно существуют самые разные состояния или миры. Все они существуют параллельно, но некоторые могут запутаться. И это означает, что они не могут быть независимыми друг от друга. Это понятие имеет основополагающее значение для концепции квантовых вычислений.
Аналогичным образом, в формулировке Эверетта эти ветви не являются полностью разделенными. Они подвержены квантовой интерференции и запутыванию. Так что они могут сливаться, а не разделяться друг от друга, тем самым создавая одну реальность. Но если они расщепляются, создается несколько миров. Это приводит к вопросу: что, если существует что-либо, что отделяет эти вселенные друг от друга? Может быть это темная материя?
Многопользовательская математика
«Математика — это инструмент, с помощью которого вы можете описать любое событие таким образом, что оно полностью не будет зависеть от человеческого восприятия. Я действительно верю, что существует такая Вселенная, которая может существовать независимо от меня. И она будет продолжать существовать, даже если бы не было людей вообще», — заявил Макс Тегмарк, профессор физики Массачусетского технологического института.
Утверждается, что теория математической мультиверсии является наиболее объективной перспективой множественных Вселенных. Сторонники математических вселенных утверждают, что математика не является символом физической реальности. Она лишь суммирует существующую реальность. Цифры не являются отдельным языком, который описывает реальные физические вещи. Цифры — это и есть вещь.
Математическая Вселенная основана на двух факторах. Во-первых, физический мир является математической структурой. Во-вторых, все математические структуры существуют где-то еще. Мы с Вами и кошкой являемся символами математической структуры. Математическая мультиверсия требует, чтобы мы отбросили идею субъективной реальности. Реальность не основана на нашем восприятии ее. И мы не «создаем нашу собственную реальность». По крайней мере, согласно этой точке зрения. Существует реальность, независимая от нашего восприятия. И то, как мы воспринимаем и передаем эту реальность, — это всего лишь мелкое человеческое приближение конечной математической истины.
Из этой теории можно сделать вывод, что наша Вселенная является просто компьютерным симулятором.
Могут ли параллельные миры отвечать за потерянную массу нашей Вселенной?
Большая часть материи в нашей Вселенной, похоже, пропала без вести. Космологи, астрофизики и астрономы не могут его найти. Например, на основе данных, собранных космическим аппаратом Европейского космического агентства «Планк», было заявлено, что мы видим только 4,9% Вселенной. Еще 68,3% составляют темные силы и чистая энергия. А остальные — 26,8% отведены для темной материи. Даже сверхточное 15-месячное исследование космоса космическим аппаратом Европейского космического агентства «Планк» могло обнаружить только менее 5% от общего числа. Итак, где вся недостающая масса?
Возможно, недостающее вещество надежно хранится в параллельной Вселенной…
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.