Инфракрасный вид созвездия Карины, снятый телескопом WISE.
(Изображение: © NASA / JPL-Caltech / UCLA)
Пол М. Саттер является астрофизиком в Государственный университет Огайо, хозяин "Спроси космонавта" а также "Космическое Радио, "и автор"Ваше место во ВселеннойСаттер предоставил эту статью Экспертные голоса Space.com: Op-Ed & Insights.
Это вечный научно-фантастический фаворит: другие миры, другие вселенные, другие возможности, прямо за пределами известного космоса или всего лишь несколько шагов от волшебного устройства. Может быть, другие миры очень похожи на свои, если не считать каких-то необычных изменений в истории. Может быть, они радикально отличаются, с новыми и странными и замечательными видами жизни. Может быть, они настолько разные, что основные правила физики там даже не применяются.
Я говорю, конечно, о мультивселенной - о вероятности того, что где-то там есть другие отдельные вселенные.
Но существуют ли они?
Мыльные пузыри
Идея мультивселенной возникает в нескольких областях науки, философии и даже религии. В самой физике возможность появления других миров проявляется в квантовой механике (особенно через интерпретацию «многих миров», в которой каждый случайный результат взаимодействия разветвляется из новых вселенных, где реализуется каждый результат) и теории струн (в которой различные механизмы) крошечных, свернутых дополнительных измерений приводят к различной физике в их собственных вселенных).
Об этих идеях интересно говорить, но, возможно, самый заманчивый путь к Мультивселенной лежит через наше понимание самых ранних моментов самой вселенной: периода инфляции.
Как мы можем сказать, чрезвычайно ранняя вселенная пережила период невероятно быстрое расширениеинфляция Ученые предполагают, что эта эпоха была вызвана экзотическим квантовым полем - пузырящейся, вспенивающейся энергией, испеченной в вакууме самого пространства-времени - что заставило вселенную почти разорваться на части с интенсивностью своего расширения. Но вскоре это поле утратило свою воодушевленность и превратилось в рой частиц, которые теперь населяют современную вселенную.
И именно в эту эпоху инфляции мультивселенная имел реальный шанс появления, Представьте себе раннюю вселенную, в которой доминирует инфляция, как гигантский кусок растущего хлеба. История, которую я только что рассказал, предполагает, что инфляция начинается и останавливается равномерно по всему космосу; весь хлеб перестает расти в один и тот же момент.
Но то, что стимулировало инфляцию, было квантовым полем, что означает, что мы не можем предполагать, что все так просто. Некоторые части поля были случайным образом более энергичными, чем другие, в то время как другие пятна были более спокойными. Это просто случайная природа жизни в квантовом мире.
Так что наша буханка хлеба не совсем одинакова. Некоторые его части могут перестать подниматься, защемляться и изолироваться, а остальная часть буханки продолжает расти. И поскольку всегда будет какая-то часть буханки, растущей быстрее, чем в среднем, теперь вы можете представить себе буханку хлеба, которая продолжает расти вечно, с небольшими кусочками и карманами, которые случайным образом ловят медленную часть и отщипывают себя.
Каждый из этих укороченных битов - это своя уникальная вселенная, всего лишь один пузырь из множества в мультивселенной. Более того, детали конца инфляции определяют множество важных физических свойств, таких как сила сил природы и массы частиц (детали зависят от конкретной модели инфляции). Мы говорим о таких вещах, как масса электрона и количество частиц. Действительно важные вещи.
И поскольку каждая из этих урезанных пузырьковых вселенных прекращает инфляцию своим уникальным и особым образом, каждая из пузырьковых вселенных получает свой уникальный набор физики.
Пересекающиеся ответы
Поскольку вся буханка хлеба продолжает расти (так как всегда есть какая-то ее часть с темпом инфляции, превышающим среднюю), очень быстро вы получаете множество вселенных, все бурлящих вокруг друг друга. Мультивселенная. Каждая вселенная по сути навсегда закрыта от других. Однако в некоторых случаях они могут пересекаться.
Если две вселенные отрезаются относительно скоро друг от друга и относительно близко друг к другу, то они могут кратковременно пересекаться перед тем, как раздуваться друг от друга до конца вечности. И если они это сделают, то пересечение может оставить отпечаток в космический микроволновый фон из этих вселенных - оставшаяся ископаемая оболочка света, когда вселенной было младенческое 380 000 лет.
Представьте себе два мыльных пузыря, трущихся друг о друга; этот отпечаток примет форму нечетно выглядящего круга на небе (где «странность» зависит от того, какую вселенную мы могли бы пересекать). Естественно, мы не нашли таких следов мультивселенной.
Без прямых доказательств трудно судить о жизнеспособности идеи мультивселенной от инфляции. Это может быть общим результатом всех теорий инфляции, так что если мы сможем найти более убедительные доказательства инфляции, мы также можем продемонстрировать существование мультивселенной. Но сейчас мы не до конца понимаем механизм инфляции, так что это не так много.
И вот еще один вопрос для размышления. Если бы вы немного изменили физику нашей вселенной, то жизнь, как мы знаем, была бы невозможна. Почему мы попадаем в такую особенную вселенную, где наш тип жизни может выжить? Может быть, из-за всех пузырей в мультивселенной, конечно, мы окажемся в одном из немногих, способных зажечь разум? (Или иначе мы бы этого не знали.) Или это что-то более глубокое? Это вообще вопрос к науке?
Возможно, у другой вселенной есть все ответы.
Узнайте больше, слушая эпизод "Живем ли мы в Мультивселенной?" на подкасте "Спроси космонавта", доступном наItunes и в Интернете по адресуhttp://www.askaspaceman.com, Благодаря @ProducerEv, Мэтью А., Тому С., Тахе, Оливеру Х., Уолли Х., Кристиану Д., Кита Г., Алексу З., Муртазе П., Кенту Л., Габи П. и Слинкердеру за вопросы, которые привели к этой части! Задайте свой вопрос в Твиттере, используя #AskASpaceman или подписавшись на Пола. @PaulMattSutter а также facebook.com/PaulMattSutter.
- Параллельные вселенные: теории и доказательства
- Противостояние Мультивселенной: что означают «Бесконечные вселенные»
- Мультивселенная или Вселенная? Физические дебаты
