Аренда

Снимки космоса сделанные телескопом хаббл. Самые фантастические снимки телескопа Хаббл (10 фото)

Существует теория, согласно которой существует множество вселенных, где мы живем абсолютно другой жизнью: каждое наше действие связано с определенным выбором и, делая этот выбор на нашей Вселенной, в параллельной – «другой я» принимает противоположное решение. Насколько оправдана такая теория с научной точки зрения? Почему ученые прибегли к ней? Попробуем разобраться в нашей статье.

Многомировая концепция Вселенной
Впервые теорию о вероятном множестве миров упомянул американский физик Хью Эверетт. Он предложил свою разгадку одной из главных квантовых загадок физики. Перед тем как перейти непосредственно к теории Хью Эверетта, необходимо разобраться, что это за тайна квантовых частиц, которая не дает покоя физикам всего мира уже не один десяток лет.

Представим себе обычный электрон. Оказывается, в качестве квантового объекта он может находиться в двух местах одновременно. Это его свойство называют суперпозицией двух состояний. Но магия на этом не заканчивается. Как только мы захотим как-то конкретизировать местоположение электрона, например, попытаемся его сбить другим электроном, то из квантового он станет обычным. Как такое возможно: электрон был и в пункте А, и в пункте Б и вдруг в определенный момент перепрыгнул в Б?

Хью Эверетт предложил свою интерпретацию этой квантовой загадки. Согласно его многомировой теории, электрон так и продолжает существовать в двух состояниях одновременно. Все дело в самом наблюдателе: теперь он превращается в квантовый объект и разделяется на два состояния. В одном из них он видит электрон в пункте А, в другом – в Б. Существуют две параллельные реальности, и в какой из них окажется наблюдатель – неизвестно. Деление на реальности не ограничено числом два: их ветвление зависит лишь от вариации событий. Однако все эти реальности существуют независимо друг от друга. Мы, как наблюдатели, попадаем в одну, выйти из которой, как и переместиться в параллельную, невозможно.

С точки зрения этой концепции легко объясняется и эксперимент с самым научным котом в истории физики – котом Шредингера. Согласно многомировой интерпретации квантовой механики, несчастный кот в стальной камере одновременно и жив, и мертв. Когда мы раскрываем эту камеру, то как бы сливаемся с котом и образуем два состояния – живое и мертвое, которые не пересекаются. Образуются две разные вселенные: в одной наблюдатель с мертвым котом, в другой – с живым.
Стоит сразу отметить, что многомировая концепция не предполагает наличия множества вселенных: она одна, просто многослойная, и каждый объект в ней может находиться в разных состояниях. Такую концепцию нельзя считать экспериментально подтвержденной теорией. Пока что это всего лишь математическое описание квантовой загадки.

Теорию Хью Эверетта поддерживают физик, профессор австралийского университета Гриффита Говард Уайзман, доктор Майкл Холл из Центра квантовой динамики университета Гриффита и доктор Дирк-Андре Деккерт из Университета Калифорнии. По их мнению, параллельные миры действительно есть и наделены разными характеристиками. Любые квантовые загадки и закономерности – это последствие «отталкивания» друг от друга миров-соседей. Возникают эти квантовые явления для того, чтобы каждый мир был не похож на другой.

Как и в случае с многомировой концепцией, теорию струн достаточно трудно доказать экспериментально. Кроме того, математический аппарат теории настолько труден, что для каждой новой идеи математическое объяснение нужно искать буквально с нуля.

Гипотеза математической вселенной
Космолог, профессор Массачусетского технологического института Макс Тегмарк в 1998 году выдвинул свою «теорию всего» и назвал ее гипотезой математической вселенной. Он по-своему решил проблему существования большого количества физических законов. По его мнению, каждому набору этих законов, которые непротиворечивы с точки зрения математики, соответствует независимая вселенная. Универсальность теории в том, что с ее помощью можно объяснить все разнообразие физических законов и значения физических постоянных.

Тегмарк предложил все миры по его концепции разделить на четыре группы. К первой относятся миры, находящиеся за пределами нашего космического горизонта, так называемые внеметагалактические объекты. Во вторую группу входят миры с другими физическими константами, отличными от постоянных нашей Вселенной. В третью – миры, которые появляются в результате интерпретации законов квантовой механики. Четвертая группа – это некая совокупность всех вселенных, в которых проявляются те или иные математические структуры.

Как отмечает исследователь, наша Вселенная не единственная, так как пространство безгранично. Наш мир, где мы живем, ограничен пространством, свет из которого дошел до нас за 13,8 миллиарда лет после Большого взрыва. Узнать о других вселенных достоверно мы сможем еще минимум через миллиард лет, пока свет от них достигнет нас.

Стивен Хокинг: черные дыры – путь в другую вселенную
Стивен Хокинг также является сторонником теории множества вселенных. Один из самых известных ученых современности в 1988 году впервые представил свое эссе «Черные дыры и молодые вселенные». Исследователь предполагает, что черные дыры – это дорога к альтернативным мирам.
Благодаря Стивену Хокингу мы знаем, что черным дырам свойственно утрачивать энергию и испаряться, выпуская при этом излучение Хокинга, получившее имя самого исследователя. До того, как великий ученый сделал это открытие, научное сообщество полагало, что все, что каким-либо образом попадает в черную дыру, исчезает. Теория Хокинга опровергает это предположение. По мнению физика, гипотетически любая вещь, предмет, объект, попавший в черную дыру, вылетает из нее и попадает в иную вселенную. Однако такое путешествие является движением в один конец: обратно вернуться никак нельзя.

Из всего этого следует, что прохождение через черную дыру вряд ли окажется популярным и надежным способом космических путешествий. Во-первых, вам придется попасть туда, перемещаясь во мнимом времени и не заботясь о том, что ваша история в реальном времени печально закончилась. Во-вторых, на самом деле вы не смогли бы выбрать место назначения. Это все равно, что лететь по какой-то авиалинии, что взбрела вам в голову,
– пишет исследователь.

Параллельные вселенные и бритва Оккама
Как мы видим, с полной уверенностью доказать теорию множественных вселенных пока остается невозможным. Противники теории считают, что мы не имеем права говорить о бесконечном множестве вселенных хотя бы потому, что не можем объяснить постулаты квантовой механики. Такой подход идет вразрез с философским принципом Уильяма Оккама: «Не следует множить сущее без необходимости». Сторонники же теории заявляют: гораздо проще предположить существование множества вселенных, чем наличие одной идеальной.

Чья аргументация (сторонников или противников теории мультивселенной) убедительнее – решать вам. Кто знает, может, именно вам удастся отгадать квантовую загадку физики и предложить новую универсальную «теорию всего».

А если вас волнует устройство нашей Вселенной и привлекают тайны физики, советуем почитать нашу статью про гипотезу компьютерной симуляции.

Таков популярный взгляд. Кэрролл и его коллеги решили по-другому рассмотреть эту теорию, поскольку она приводит к некоторым нерешенным вопросам. В такой бесконечной вселенной все, что имеет даже небольшой шанс, практически однозначно произойдет - просто придется очень долго ждать.

Некоторые теоретики отмечают, что если довести это предположение до логического завершения, в конечном итоге могут появиться даже самоосознающие бестелесные мозги. Эта же логика говорит о том, что бесконечное число обезьян, беспорядочно стучащих по клавишам, в конечном итоге напишут полное собрание сочинений Шекспира.

Это может быть правдой, но Больцмановские мозги создают серьезные проблемы для теоретиков: за всю историю Вселенной подобные мозги должны были превзойти даже наше сознание. Это большая проблема, поскольку отправной точкой для нашего понимания Вселенной и ее поведения является то, что люди, а не бестелесные мозги, представляют собой наблюдателей. Более того, мозги Больцмана - это вообще какая-то непонятность для большинства людей.

Кэрролл решил написать работу, показывающую, что мозги Больцмана представляют собой серьезную угрозу, но в процессе написания обнаружил способ победить их. Его отправной точкой была идея того, что квантовые флуктуации зависят от взаимодействия с внешней системой или частицей, то есть с «наблюдателем» - весьма распространенным понятием в квантовой механике. Однако когда он рассмотрел под этим углом инфляцию, все изменилось. Инфлятон должен был появиться раньше всех других частиц в самом начале вселенной. Это означает, что инфлятон был единственным типом частиц, которые существовали так, будто бы не было ничего «внешнего», с чем можно было бы взаимодействовать, говорит Кэрролл. В этом случае инфлятон не прошел бы через квантовые флуктуации.

Это «тихое» состояние длилось до тех пор, пока инфлятоны не развалились на несколько типов обычных частиц, которые могли бы взаимодействовать друг с другом.

«И тогда, наконец, родились квантовые флуктуации», - говорит Кэрролл, намекая на то, что космическая паутина все-таки зародилась, а вот бесконечное число вселенных - нет.

Тем не менее, его идея не убивает мультивселенную в целом. Дело в том, что математика, которая делает флуктуации зависимыми от наблюдателя, полагается на многомировую теорию квантовой механики. Согласно ей, каждый раз, когда измеряется квантовая система, Вселенная разделяется на несколько различных версий, по одной для каждого возможного исхода. В отличие от мультивселенной, в которой каждый пузырь вселенной начинает с нуля и развивается самостоятельно, «многомировая» вселенная состоит из переплетающихся ветвей, которые начинались с одинаковыми начальными условиями. «Возможно, Гитлер выиграл вторую мировую в параллельной вселенной, это один из возможных результатов, - говорит Кэрролл. - Но законы физики остались те же».

В теории Кэрролла, даже ветвящаяся мультивселенная должна прийти к концу. Вселенная расширяется все более быстрыми темпами, поэтому космологи полагают, что ее смерть будет иметь много общего с ее рождением, без узнаваемой материи и с одним квантовым полем. В этом случае, опять же, не будет никаких наблюдателей, которые породят квантовые флуктуации.

Теория Кэрролла вызвала определенное удивление у серьезных физиков. И одобрение.

Однако, сторонники вечной инфляции придерживаются своей точки зрения:

«Я вполне сочувствую желанию Шона избавиться от мозгов Больцмана», - говорит один из создателей теории инфляции.

В настоящее время нет способов разрешить дебаты, но Дэвид Уоллес из Оксфордского университета считает, что теория Кэрролла может иметь практические последствия, например, помогая нам лучше понять, как вещество ведет себя на квантовом уровне.

В космологии уже давно рассматривается гипотеза о том, что наша Вселенная - не единственная в своём роде. Она может быть одной из многочисленных Вселенных, составляющих так называемую Мультивселенную . Хотя эту гипотезу можно посчитать чем-то из области фантастики, есть достаточно прочная база, свидетельствующая о её правомерности. Предлагаем пять аргументов, свидетельствующих о том, что мы живём в Мультивселенной.

1) Одна из космологических моделей предполагает так называемую «вечную инфляцию ». Инфляция - это очень быстрое расширение Вселенной после Большого взрыва. Гипотеза «вечной инфляции» впервые была предложена специалистом по космологии из Тафтского университета Александром Виленкиным . Учёные предполагает, что инфляционное расширение Вселенной прекратилось только в отдельных частях космоса (эти области получили название термализованных регионов ), но в некоторых частях продолжается расширение, рождаются своеобразные «инфляционные пузыри», каждый из которых перерастает в настоящую Вселенную:

Инфляционная теория допускает образование множественных дочерних вселенных, которые непрерывно отпочковываются от существующих

2) В рамках так называемой теории бран (термин «брана» происходит от слова «мембрана») или М-теории , четыре пространственных измерения разграничены трёхмерными стенами или три-бранами. Одна из этих стен и является пространством Вселенной, в котором мы живём, в то время как существуют и другие браны-вселенные, которые скрыты от нашего восприятия. Они располагаются параллельно нашей бране и, при определённых обстоятельствах, они притягиваются друг к другу посредством гравитации. Согласно теории, при столкновении бран высвобождается большое количество энергии и тем самым возникают условия для Большого взрыва:

(картинка с сайта wikimedia.org)

3) Многомировая интерпретация квантовой механики Хью Эверетта . Согласно представлениям квантовой механики, всё в мире частиц описывается только вероятностно. Эверетт предположил, что все исходы вероятного события всегда реализуются, но происходит это в разных Вселенных. При каждом акте наблюдения, измерения квантового объекта, наблюдатель как бы расщепляется на несколько (предположительно, бесконечно много) версий, соответствующих различным Вселенным. Это можно наглядно пояснить так: если вы находитесь на перекрёстке, и у Вас есть выбор - пойти налево или направо, существующая Вселенная «порождает» ещё две дочерние Вселенные: одна, в которой вы идёте направо, а другая - налево:

4) Как показывают исследования, пространство нашей Вселенной с большой степенью точности плоское. А если пространство и время простираются бесконечно, то в некоторой точке должно наблюдаться повторение, поскольку есть какой-то предел числу комбинаций организации частиц в пространстве и времени. Другими словами, бесконечность пространства и времени, предполагает, что где-нибудь существует точная копия нашей Вселенной:

Пространство и время простираются бесконечно, следовательно, в некой точке должно быть повторение Вселенной

5) Вселенные с другой математикой . Согласно мнению некоторых учёных, основополагающими законами Вселенной являются математические законы. На основе этого можно предположить, что есть другие Вселенные, в которых есть свои математические структуры.

Мультивселенная - это парадокс! Мне кажется, существование Мультивселенных следует рассматривать не так, как представлено в статье, как возможности для новых открытий, а эту идею стоит принять, как парадоксы современных теорий, указывающих на неполноту наших знаний. И вот почему.
Мультивселенная противоречит принципу Оккама. На мой взгляд, идея Мультивселенной обладает следующим недостатком, существование параллельных никак физически не проявляется в нашей Вселенной, кроме начальных этапов своей эволюции, например как в теории бран, иначе бы это приводило к нарушениям закона сохранения. А значит мы лишены способов верифицировать эту гипотезу экспериментальным путём и остаётся только путь интерпретации наблюдательных фактов с помощью математических моделей или ещё радикальнее возвести математические модели в абсолют, как это предлагает Макс Тегмарк. Исключая последнее за явной спорностью, мне кажется, Мультивселенные при интерпретации наблюдений это такая дополнительная сущность, которую согласно принципу Оккама следует отбросить.
Мы недостаточно понимаем устройство нашей Вселенной. Но текущая ситуация в космологии, по моим собственным ощущениям, как аспиранта института космологии, куда ещё хуже! Практически никто из космологов не связывает построение своих теорий с анализом наблюдений. Математические модели часто строятся в безразмерных величинах, так что часто физический смысл бывает скрыт даже для самого теоретика. На первое место выходит математический анализ, а интерпретации идёт в последнюю очередь. Более того, многих космологов удовлетворяет интерпретация результата в терминах математически выстроенной ими физики, например вполне нормально построение лагранжиана в 11-мерном пространстве, а реальное трёхмерное пространство лишь частный случай, который получается после компактификации. Но этот важный и на деле очень трудный переход мало кто совершает. Космология как наука очень молода и далека от совершенства своих методов, и инфляционная Мультивселенная свидетельствует о том, что пока мы до конца не понимаем механизм инфляции. Точно также, интерпретация Эверетта скорее всего связана с нашим непониманием физической сути квантовой механики.
"Прекрасно, что мы встретились с парадоксом. Теперь можно надеяться на продвижение вперёд!" , цитируя Нильса Бора из От какого же непонимания возникают гипотезы о Мультивселенных? Тут явно должен был бы прозвучать вопрос "А почему наша Вселенная единственная и такая какая она есть? ", то есть пока не ясны причины тонкой настройки Вселенной. В статье Розенталя в УФН за 1980 г. о физических закономерностях и численных значениях фундаментальных постоянных хорошо аргументируется, как их изменение повлияет на нашу Вселенную, и что эти значения возможно уникальные для осуществления нашей жизни. Одной из попыток объяснить эти значения является перебор возможных сочетаний вместе с антропным принципом. Но такое объяснение, на мой взгляд, не является удовлетворительным, т.к. такой перебор ничем не ограничен и вряд ли осуществим.
Единая теория единой Вселенной. Более разумным мне кажется путь к созданию единой теории в одной Вселенной, которая бы объясняла выбор таких значений. Думаю, что этот путь лежит в через поиск таких общематематических свойств, которые могут иметь физические следствия. Пока их нельзя ясно назвать, но в качестве примера приведу константу пи, которая имеет ясный математический смысл, но при этом входит в физические формулы. Имела бы смысл Вселенная, в которой число пи было бы другим? Тут можно возразить, что отношение длины окружности к её радиусу меняется в искривленных пространствах, однако в бесконечно малом пределе оно всегда стремится к пи и если бы это было не так, то пространство, наверное, потеряло бы свойства непрерывности, а физические законы стали бы непредсказуемыми.

leon пишет:

В качестве примера приведу константу пи, которая имеет ясный математический смысл, но при этом входит в физические формулы. Имела бы смысл Вселенная, в которой число пи было бы другим? Тут можно возразить, что отношение длины окружности к её радиусу меняется в искривленных пространствах, однако в бесконечно малом пределе оно всегда стремится к пи и если бы это было не так, то пространство, наверное, потеряло бы свойства непрерывности, а физические законы стали бы непредсказуемыми.

Меня тоже давно интересует - По-моему - это глубочайшая проблема , имеющая прямое отношение к фундаментальным первоосновам нашего Мира. Причём, про «пи» ещё можно сказать, что это - константа, полученная из эксперимента (через всё более точное измерение длины окружности единичного диаметра). Но «е» - это ведь число, умозрительно полученное из дифференциального исчисления. Т.е., умозрительное рассмотрение идей непрерывности, суммирования, предельных переходов приводит ко вполне конкретному числу . И не важно - кто будет рассуждать: европеец, африканец или китаец или даже, возможно, ... инопланетянин, он придёт к одному и тому же. Для меня это - на грани чуда. И подтверждение того, что даже самые абстрактные умозрительные конструкции имеют отношение к Миру, поскольку мы (и наш мозг) - это часть Мира. А поэтому, глядя внутрь себя, мы можем прийти к познанию первоснов внешнего (физического) Мира. Правда, нужно понимать - какие умозрительные конструкции какой имеют смысл? Для этого нужна мощная (физическая) интуиция.

Конечно, число Эйлера также замечательная математическая константа, входящая во многие физические формулы.

Однако смысл числа "пи" для меня гораздо нагляднее (и исторически оно возникло раньше). Разовью свою мысль, пусть как в анекдоте: "в военное время - значение "пи" достигает 4", тогда ему будет соотвествовать геометрия шахматной доски, когда самые малые дискретные элементы плоскости соответсвуют клеткам-квадратам и если задать на ней метрику манхэттенским расстоянием , то единичная окружность описанная вокруг клетки будет соотвествовать её 8 соседним клеткам, то есть длина окружности будет равна 8, отсюда пи равно 4. В пространстве такой метрики физику можно симулировать с помощью клеточных автоматов, что было описано в книге Стивена Вольфрама "New kind of science". Однако, у клеточных автоматов есть недостаток, так как их эволюция задается ближайшими соседями, то они описывают только локальные явления (такие как распространение волн) и принципиально с их помощью нельзя описать нелокальные явления, вроде квантовой запутанности.

Это лишь частный случай, но он иллюстрирует, что число "пи" определяет непрерывность геометрии (пространства) нашего мира, на основании которой построена современная физика, а значит пи определяет саму физику. Другим значениям "пи" скорее всего соответствуют дискретные пространства, на которых пока неясно возможно ли адекватно описать все физические явления. Если невозможно, то все такие пространства в определенном смысле ущербны и единственно физически возможным является непрерывное.

Илдус, привет. С Новым Годом!

Пиши внимательнее.

Геометрия шахматной доски, когда самые малые дискретные элементы плоскости соответсвуют клеткам-квадратам и если задать на ней метрику манхэттенским расстоянием , то единичная окружность описанная вокруг клетки будет соотвествовать её 8 соседним клеткам, то есть длина окружности будет равна 8, отсюда пи равно 4.

2) Надо определиться с терминами.

Если считать окружность геометрическим местом точек, равноудалённых от данной, то единичная окружность, описанная вокруг клетки будет соответствовать не 8, а только 4 соседним клеткам (восток-север-запад-юг). Остальные четыре отстоят от центра на расстояние 2. Диаметр D=2, длина окружности L=4. Поэтому число пи=L/D=4/2=2.

Если же определить окружность твоим способом, через 8 соседних клеток, то диаметр D=4, длина окружности L=8, пи=L/D=8/4=2.

Здраствуйте, Вадим Владимирович! И Вас с наступившим! Спасибо, что разобрались в моих рассуждениях и отыскали ошибку. Извините, ссылка действительно получилась бестолковой, к тому же я перепутал манхеттенское расстояние и расстояние Чебышева, которым оперировал.

Манхеттенское расстояние на шахматной доске между клетками можно описать как минимальное число ходов необходимое ладье, а расстояние Чебышева минимальное число ходов королем. В последнем случае пи равно 4 (8 соседних клеток образуют равноудаленный квадрат(т.е. единичную окружность), который мы можем непрерывно обойти королем, а диаметр единичной окружности всегда равен 2) . А вот в первом это уже не так очевидно, 4 соседних клетки нельзя непрерывно обойти с помощью ладьи, тут будут необходимы ходы в центр и обратно и таким образом длина единичной окружности равна 8, а пи 4. Более математически строго расстояния в таких случаях измеряются по Лебегу, тогда манхеттенское расстояние это метрика на L_1, а Чебышева на L_бесконечность.

Для физики же важно пространство с метрикой на L_2. В мире на шахматной доске, где все объекты перемещаются на целочисленные расстояния и физически как-то должны между собой синхронизироваться, теоретически должно быть возможно задать их способ перемещения в согласии с метрикой, что-то вроде ходов конём (по крайней мере теорема Ферма для случая 2 это позволяет, а вот для случая 3 и выше нет). Но чему равно пи в этом случае мне пока трудно сказать.

Ради математической разминки интересно рассмотреть чему равно пи в зависимости от замощения плоскости, наверняка этот вопрос уже кто-то исследовал. Но ради юмора, например, можно утверждать, что с расстоянием Чебышева на гексогональной доске пи равно 3, а на треугольной 1.5. Однако, я склонен считать, что на дискретном пространстве адекватной физической реальности не описать и не получить в "демиурговском" смысле, поэтому это всего лишь математические каламбуры.

почему числа типа «пи» или «е» именно такие и никакие другие? ... Для меня это - на грани чуда.

Всегда было именно такое ощущение. А ведь есть ещё мнимые числа, "перпендикулярные" «пи» и «е» . Даже отрицательные числа совершили переворот в математике.

все вместе : $$-e^{i\pi}=1$$

Полина пишет:

А ведь есть ещё мнимые числа, "перпендикулярные" «пи» и «е» .

Да, вот в чём физический смысл того, что волновая функция микрочастиц - мнимая, а вероятность обнаружения частицы пропорциональна квадрату её модуля?

Полина пишет:

Для меня самым поразительным является то, что все вместе умозрительные числа превращаются в обычное число - единицу: $$-e^{i\pi}=1$$

Действительно, замечательная формула!

Соглашусь, про первые 3 гипотезы. Но вот с 4 никак нельзя соглашаться, по крайней мере из того факта, что все наблюдательные факты говорят о том, что Вселенная не бесконечна. Насчёт 5...

Если наши сегодняшние знания, опирающиеся на нашу математику позволяют, грубо говоря, описать наличие других вселенных, то почему в них должна быть другая математика?

Folko пишет:

Насчёт 5... Если наши сегодняшние знания, опирающиеся на нашу математику позволяют, грубо говоря, описать наличие других вселенных, то почему в них должна быть другая математика?

Сережа! Здравствуй! Прокомментируй - какие факты говорят о конечности Вселенной и в какой форме? В общем, из философских соображений можно утверждать, что Вселенная (с большой буквы) конечна. Но в какой форме эта конечность реализуется - это еще надо понять.

Аргументов против высказываемых в данной статье гипотез у меня нет... за исключением того, что предлагаемые суждения не являются аргументами, а являются гипотезами, т.е предположениями, которые не имеют пока какой-либо надежной экспериментальной проверки. А последнее очень существенно.

Все пять обозначенных гипотез относятся к разным разделам физики и, по большому счету, противоречат или могут противоречить друг другу.

Так, например, пятая гипотеза по сути противоречит формулировке всех остальных. Если математика другая, то о чем собственно можно говорить в рамках привычной нам математики...

Первые две гипотезы - это из арсенала современной космологии, причем они являются одними из возможных вариантов множества аналогичных гипотез.

Третья гипотеза Эверетта призвана была рационализировать или "объяснить" смысл квантовых законов, но таких способов интерпретировать квантовую теорию много. А с другой строны, идеи Эверетта никак не связаны с ОТО, на чем построены две первые гипотезы.

Четвертая гипотеза совсем невнятная. И, наконец, существуют более продвинутые гипотезы, которые как раз могут рассчитывать на аргументированность в отличие от представленных.

Например, теория Калуцы-Клейна о пятимерном пространстве. Проблема только в одном. Теория Калуцы-Клейна не столь впечатляюща, как идеи Эверетта, и базируется на математических идеях, которые трудно изложить в форме понятных всем высказываний. Так что аргументов пока очень мало, но уверенности в сложности мира очень много...

zhvictorm пишет:

Предлагаемые суждения не являются аргументами, а являются гипотезами, т.е предположениями, которые не имеют пока какой-либо надежной экспериментальной проверки.

Согласен, это - типичные примеры «математической фантастки». Поэтому, я старательно изменял слова «теория» из на слово «гипотеза». Но осталась устойчивое уже в современной научной лексике понятие «М-теория», которую, конечно, правильнее назвать «М-гипотеза»? А «инфляционная теория» - это теория или гипотеза? А теория/гипотеза Большого взрыва? Последние, конечно, имеют больше экспериментальных аргументов в свою пользу, чем первые. Вопрос в том - где проводить границу между гипотезой и теорией? Может быть, лучше пользоваться более нейтральным (в отношении экспериментальных аргументов) терминов «модель»? Инфляционная модель, модель Большого взрыва, суперструнная модель и т.п.

zhvictorm пишет:

Четвертая гипотеза совсем невнятная.

Я её тоже плохо понял. И пятую - тоже. Но решил оставить их в статье, чтобы, может быть, вместе разобраться.

zhvictorm пишет:

И, наконец, существуют более продвинутые гипотезы, которые как раз могут расчитывать на аргументированность в отличие от представленных. Например, теория Калуцы-Клейна о пятимерном пространстве.

А разве модель Калуцы-Клейна предполагает множество миров? Насколько я помню, в ней вводится 5-е измерение, которое затем компактифицируется до малых масштабов (в более поздних вариантах модели - до планковских размеров). Но, Мир (Вселенная) в этой модели единичны.

Да, и самое главное - насколько модель Калуцы-Клейна подтверждена экспериментом? Или, может быть, есть какие-то другие критерии (кроме непосредственной экспериментальной подтверждённости), которые позволяют рассматривать некую модель, как серьёзную, заслуживающую внимания и являющуюся, в свою очередь, аргументом для чего-либо? Какие это могут быть критерии? Ну, например, красота теории , о чём писал Эйнштейн.

А «инфляционная теория» - это теория или гипотеза? А теория/гипотеза Большого взрыва?

На эти вопросы можно отвечать по разному в зависимости от того, к какой точке зрения Вы сами склоняетесь. Но все же есть определенные основания утверждать, что теория Большого взрыва или ее современная составляющая - модель инфляции, могут рассматриваться как теории. Теорию от гипотезы, как правило, отличает глубокая проработанность следствий сразу для многих различных наблюдаемых явлений. Если проверки достоверности выводов затруднены на данный момент времени, то теория может рассматриваться как гипотетическая. ОТО до сих пор можно рассматривать как гипотетическую теорию, поскольку не все в ней проверено. Например, гравитационные волны не обнаружены пока. Теория инфляции объясняет целый букет наблюдаемых явлений из различных разделов физики и астрофизики. Например, отсутствие монополей и отсутствие на небе точки начала Большого взрыва. Но проверить ее прямыми экспериментами не представляется возможным, но она содержит рецепты для построения математических выводов косвенных фактов, которые проверить можно или будет возможно.

...насколько модель Калуцы-Клейна подтверждена экспериментом?

Теория Калуцы-Клейна объясняет электромагнетизм наличием дополнительных измерений. Для начала достаточно одного. При этом она устроена так, что согласуется с ОТО. Поэтому ее обоснованность во многом связана с обоснованностью этих теорий. Но, естественно, содержит такие утверждения, которые пока не проверены. В частности, это касается существования дополнительных измерений. Однако именно органичность объединения ОТО и теории электромагнетизма в ней можно рассматривать как аргумент, хотя у нее в этом плане тоже есть проблемы. Что касается множественности миров, то любая теория, содержащая дополнительные измерения допускает неизбежно наличие многих Вселенных. М-теории с математической точки зрения хорошо развиты и с этой точки зрения могут рассматриваться как гипотетические теории или математические теории. Тем более, что они опираются на ОТО или ее обобщения, а иногда используют и теории типа Калуцы-Клейна. В обсуждаемой статье без особого основания выделены пять гипотез, которые между собой не очень связаны, и тем более не выделены на фоне других всяких гипотез и гипотетических теорий. Даже трудно понять какими предпочтениями пользовался собравший их, видимо, журналист.

zhvictorm пишет:

Теория Большого взрыва или ее современная составляющая - модель инфляции, могут рассматриваться как теории. ... ОТО до сих пор можно рассматривать как гипотетическую теорию, поскольку не все в ней проверено.

Интересно получается: теории Большого взрыва и инфляции, которые основаны на гипотетической ОТО. Как может быть надёжно установленное основываться на ненадёжно установленном?

zhvictorm пишет:

Первое . Опять имеет место ситуация: «теория Калуцы-Клейна, основанная на гипотетической ОТО».

Второе . Здесь проявляется интересный принцип: стремление сохранить (пусть и применить в новом ракурсе, но всё-же, сохранить) некую идею , однажды удачно применённую и далее - успешно выдержавшую испытание временем и экспериментом. В данном случае речь идёт об идее геометризации материи и её взаимодействий , которая впервые была удачно введена в физику Эйнштейном в его ОТО (хотя, конечно, она ранее высказывалась Клиффордом). Про идеи , эйдосы (по Платону), мемы (по Докинзу) мы .

zhvictorm пишет:

Что касается множественности миров, то любая теория, содержащая дополнительные измерения допускает неизбежно наличие многих Вселенных.

В отношении модели Калуцы-Клейна мне это не совсем понятно. 3+1-мерное пространство-время + компактифицированное 5-е измерение составляют одну вселенную (нашу). А где здесь вторая вселенная (и другие)?

zhvictorm пишет:

Именно органичность объединения ОТО и теории электромагнетизма в ней можно рассматривать как аргумент...

Вот это то, что примерно соответствует принципу красоты теории Эйнштейна : когда возникает новая идея-эйдос-мем, из которого на уровне теорий всё старое вдруг органично и просто («красиво») объединяется и объясняется. Это, действительно, является мощным аргументом, но - чисто умозрительным, не имеющим прямого отношения к эксперименту . Так, например, и Коперник руководствовался желанием упростить систему Мира Птолемея, уже обросшую эпициклами, дифферентами и эквантами, но, вместе с тем - дававшую очень хорошее совпадение с опытом. Поразительное сходство ситуации с современной Стандартной моделью, дающей отличное совпадение с экспериментом! И идеи-эйдосы в системе Птолемея были выдержаны: 1) геоцентричность, т.е. расположение Богом созданной Земли в центре Мира и 2) идеальность кругового равномерного движения божественных небесных тел - планет . Все «навороты» в системе Птолемея были подчинены желанию сохранить эти «надёжные и веками проверенные» эйдосы. Прямо, как в Стандартной модели - есть идея симметрии и её последующего нарушения и усилия большинства физиков-теоретиков второй половины 20 века и начала 21 века, изучающих частицы, направлены на то, чтобы сохранить (пусть и применить в новом ракурсе , но всё-же, сохранить) идей-эйдосы, родившиеся в ходе революции в физике первой трети 20 века. Идея симметрии - одна из них (но не единственная, конечно!). В результате и возникли те «навороты», которые вылились в Стандартную модель (симметрии частиц, калибровочные поля, механизм Хиггса и т.п.) и далее - в модель суперсимметрии (симметрии уже между фермионами и бозонами). И во время Коперника, как и сейчас, всё, вроде, хорошо... Сторонники роли науки, как служанки практики были довольны - по эфемеридам светил, вычисленным по Птолемею, можно было спокойно вести корабли с товарами во все концы Мира. Только вот, одна закавыка... Пытливому уму Коперника (ох, уж эти «умники»!) было непонятно - в чём физический (или, правильнее сказать для той эпохи - божественный) смысл того, что планеты движутся не по геоцентричным окружностям, а по эпициклам, да ещё сдвинутым на экванты? Также и сейчас становится всё более непонятно - в чём физический смысл суперсимметрий или, например, процедуры перенормировки, или почему существует всего 3 поколения лептонов и кварков и т.д., и т.д. Не говоря уже о вопросе о физическом смысле комплексности и вероятностности пси-функции... Коперник в качестве выхода из сложившейся ситуации предложил новую идею-эйдос - гелиоцентричность и всё органично и просто объяснилось . Правда вот с «соответствием опыту» у него было не всё хорошо: система Птолемея давала гораздо большую точность эфемерид. А всё потому, что Коперник «недотянул» до эйдоса эллиптичности орбит , который открыл только Кеплер, а объяснил Ньютон. Так что, модель Коперника была, в лучшем случае, гипотезой, но главным в ней был новый эйдос (строго говоря, не совсем новым: и идеи Птолемея и идеи Коперника и идеи Кеплера - родом из античности, но они были применены этими исследователями на более высоком уровне конкретности и развёрнутости).

Так не нуждается ли современная физика частиц в новых идеях-эйдосах, а не в бесконечном «наворачивании» старых?

Илья! Вообще-то смысл моего комментария был исключительно о неясности выбора "аргументов"-гипотез относительно гипотезы множественности миров.

Теорию Калуцы-Клейна я привел в качестве примера, который в большей степени может рассчитывать на аргументированность своего существования, чем приведенные в статье. Что касается гипотетичности ОТО и связанных с ней теорий, то этот вопрос достаточно сложный и требует обсуждения проблем уже в форме некоторых математических построений. Тем более, я не говорил об абсолютной надежности таких теорий как теория Больщого взрыва (ТБО) и модель космологической инфляции (МКИ). Однако можно предполагать, что если даже ОТО будет существенно модифицирована, то основные элементы ТБО и МКИ могут остаться неизменными. Например, решения Фридмана имеют и классический аналог - взрыв в плоском пространстве сферического объекта. Поэтому все эти теории гипотетические в той или иной мере.

Что касается теории Калуцы-Клейна . Во-первых, компактификация не является обязательным атрибутом теории Калуцы-Клейна. Компактификацию ввели, чтобы объянить то, что мы не наблюдаем дополнительных измерений. Идея компактификации - лишь один из вариантов. Во-вторых, если наблюдаемое пространство трехмерно, а общее имеет размерность n+1, то в этом объемлющем прострастве могут уместиться сколько угодно трехмерных. Например, компактификация может быть многозначной. В любой многомерной теории есть место для множественности миров. В-третьих, органичность сочетания ОТО и электромагнетизма в теории Калуцы-Клейна дает лишь аргумент в пользу этой теории, но не делает ее истинной.

Теперь о том, какие идеи нужны современной физике . Во все времена любой науке нужны плодотворные идеи, которые могут объяснить наблюдаемые явления в максимальной степени. Называть эти идеи можно как угодно. Это не принципиально. Во времена Аристотеля плодотворной идеей была идея эпициклов, во времена Кеплера - теория эллиптических орбит. Чуть позже их место заняла небесная механика. Идеи симметрии всегда были полезны, если не возводить их в ранг абсолюта. Поэтому современной физике нужны новые идеи, как и в любые другие времена.

Однако, как говорил Ходжа Насреддин, сколько не произноси слово сахар, во рту слаще не станет. Эти идеи надо искать и проверять, искать и проверять... . Других рецептов, кроме великой идеи научного тыка, просто нет. Если что-то можно применить из старого багажа, то это просто счастье, а консерватизм в науке, если он не переходит определенной грани, полезен в том смысле, что это отсеивает необоснованные теории. К сожалению, это не всегда в науке выдерживается, и ряд теорий слишком долго ждали своего использования. Ну это уже определяется обстановкой в обществе и науке в целом.

zhvictorm пишет:

Современной физике нужны новые идеи, как и в любые другие времена.

Однако, как говорил Ходжа Насреддин, сколько не произноси слово сахар, во рту слаще не станет. Эти идеи надо искать и проверять, искать и проверять... . Других рецептов, кроме великой идеи научного тыка, просто нет.

Согласен насчёт сахара, только вот метод научного тыка (перебора) - это, мягко говоря, не самый эффективный способ поиска. Нужно изучать общие закономерности развития физического знания и следовать им более осознанно в поисках новых фундаментальных и эффективных идей. Впрочем, может быть, именно это и отражено в характеристике тыка, как научного ?

Хочу высказать своё мнение о том, что общество, а значит, и мы в какой-то степени, можем сделать для того, чтобы повысить вероятность появления новых фундаментальных физических идей и теорий. Что мы можем сделать (делать) здесь и сейчас , а не ждать пока они случайно появятся.

zhvictorm пишет:

Если что-то можно применить из старого багажа, то это просто счастье, а консерватизм в науке, если он не переходит определенной грани, полезен в том смысле, что это отсеивает необоснованные теории. К сожалению, это не всегда в науке выдерживается, и ряд теорий слишком долго ждали своего использования. Ну это уже определяется обстановкой в обществе и науке в целом.

Вселенные, обладающие различными законами физики, могут быть обитаемы. Чтобы лучше понять наше истинное место в Мультивселенной, необходимо изучать иные вселенные.

Типичный герой голливудского фильма пребывает в постоянной борьбе со смертью. Множество плохих парней стреляют в него, каждый раз промахиваясь лишь на волосок. Какие-то доли секунды отделяют отпрыгнувшего супермена от огненного шара взорвавшейся машины. Друзья приходят ему на помощь за мгновение до того, как нож негодяя должен перерезать ему горло. Повернись любое из этих событий хоть немного иначе - и прости-прощай. При этом, даже если мы не видели фильма раньше, что-то подсказывает нам, что он закончится определенным образом.

В некотором отношении история нашей Вселенной похожа на голливудский фильм. Некоторые ученые считают, что даже небольшое изменение одного из основополагающих законов физики могло бы привести к катастрофе, которая нарушила бы ход нормального развития Вселенной, сделав невозможным наше существование. Например, если удерживающее ядра атомов сильное ядерное взаимодействие оказалось бы немного сильнее или, наоборот, слабее, то в звездах образовалось бы очень мало углерода и других химических элементов, необходимых для формирования планет, не говоря о жизни. Если протон был бы всего на 0,2 % тяжелее, чем он есть, то весь первичный водород практически сразу же распался бы на нейтроны, и никаких атомов вообще не сформировалось бы. И таким совпадениям нет числа.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Множество иных вселенных, каждая со своим набором физических законов, могли возник- нуть из того же первичного вакуума, который породил и нашу Вселенную.

2. Многие из этих возможных вселенных могут содержать сложные структуры и, вероятно, даже некоторые формы жизни.

3. Такие концепции о множественности миров наводят на мысль, что наша Вселенная может и не быть специально «настроена» на возникновение жизни, как это полагалось ранее.

Законы физики - и, в частности, входящие в них мировые константы, такие как константы связи фундаментальных сил, - оказались «настроены» таким образом, чтобы сделать возможным наше существование. Такая точка зрения недалеко ушла от попыток привлечения сверхъестественных объяснений, которые могли бы оказаться вне компетенции науки. Многие физики и космологи в 1970-х гг. начали решать проблему, предполагая, что наша Вселенная - всего лишь одна из многих существующих, каждая из которых обладает собственными физическими законами. Согласно таким «антропным» рассуждениям, мы можем занимать очень редкую, специально «настроенную» вселенную, в которой вся совокупность условий позволила образоваться жизни.

Удивительно, что согласно господствующей в современной космологии теории, основы которой были заложены в 1980-х гг., «параллельные вселенные» могут реально существовать. Фактически, множество вселенных могли бы постоянно рождаться из первичного вакуума таким же образом, как образовалась и наша Вселенная. Наша Вселенная могла бы быть одной из большого количества таких «карманных» вселенных в огромном объемлющем пространстве, называемом Мультивселенной. В подавляющем большинстве таких вселенных законы физики могли бы не приводить к образованию знакомой нам материи или же галактик, звезд, планет и жизни. Однако если рассматривать полный набор всех возможных вариантов, у природы есть неплохой шанс сформировать «правильные» законы хотя бы единожды.

ЧТО ТАКОЕ МУЛЬТИВСЕЛЕННАЯ?

Альтернативные вселенные сейчас становятся предметом серьезных исследований, частично за счет того, что действительно могут существовать. Согласно общепринятой космологической модели, наша Вселенная была рождена из микроскопической области первичного вакуума за счет стремительного экспоненциального расширения, называемого инфляцией. Но вакуум может непрерывно порождать и другие вселенные. Каждая из вселенных обладает собственным набором физических законов; какието могут допускать появление жизни, какие-то нет

Тем не менее, согласно нашим недавним исследованиям, некоторые из иных вселенных - в рамках предположения, что они всё-таки существуют - могут и не быть столь недружелюбными. Примечательно то, что мы нашли примеры альтернативных значений фундаментальных констант и, таким образом, альтернативные множества физических законов, на основе которых могли бы существовать очень интересные миры, а возможно, даже и жизнь. Основная идея заключается в том, чтобы изменить какой-то один из законов природы, а затем некоторым образом подстроить под него все остальные.

Наша работа стоит несколько в стороне от серьезных проблем теоретической физики, таких как, например, проблема малости космологической постоянной, благодаря чему наша Вселенная не схлопнулась сразу же после Большого взрыва и не оказалась разорванной экспоненциально растущим расширением. Тем не менее существование альтернативных и в принципе обитаемых вселенных ставит интересные вопросы и позволяет понять, насколько уникальна наша Вселенная.

Жизнь без слабого взаимодействия

Общепринятый путь, выбранный учеными, таков: превратить какую-нибудь фундаментальную константу в подходящую переменную и изменить ее, оставляя все остальные параметры исследуемой модели неизменными. Основываясь на возникающих при этом новых законах физики, ученые как бы смотрят кинофильм о вселенной - они производят вычисления, прогнозируя различные сценарии ее развития с помощью компьютерного моделирования, чтобы сделать предположения о возможных катастрофах. Но почему одновременно фиксируется только один параметр? Ситуация напоминает вождение автомобиля, когда водитель следует только по одной широте или долготе, но не меняет обе величины сразу. Однако очевидно, что, придерживаясь одной из линий сетки, вы не будете двигаться по нужной вам дороге. Таким образом, нужно менять хотя бы два параметра.

Для поиска альтернативных множеств физических законов, которые все-таки могут создавать сложные структуры, способные в свою очередь порождать жизнь, один из нас (Гилад Перес) и его сотрудники, не делая даже небольшой модификации известных законов физики, просто полностью исключили одно из четырех фундаментальных взаимодействий.

КАК НАЙТИ ГОСТЕПРИИМНУЮ ВСЕЛЕННУЮ?

Многие детали в законах природы оказываются хорошо «настроенными». Так, небольшое изменение величины любой константы, которая появляется в физических уравнениях, обычно ведет к катастрофе. Например, атомы не могут возникнуть, или вещество оказывается сильно рассеянным в пространстве, так что ни галактики, ни звезды, ни планеты не могут образоваться. Изменение одновременно двух констант, тем не менее, может иногда привести к множеству возможных значений, которые допускают возникновение сложных структур или даже некоторых форм разумной жизни. Изменения трех или более параметров еще более расширяют количество возможностей

По самому своему названию фундаментальные взаимодействия представляются как нечто обязательное для любой уважающей себя вселенной. Так, без сильных ядерных взаимодействий, связывающих кварки в протоны и нейтроны, а их в свою очередь в атомные ядра, материя, какой мы ее знаем, не существовала бы. Без электромагнитного взаимодействия не было бы света, атомов и химических связей. Без гравитации нет силы, объединяющей вещество в галактики, звезды, планеты.

Четвертое взаимодействие (слабое ядерное) незримо присутствует в нашей повседневной жизни, но также играет важную роль и в истории Вселенной. Помимо различных прочих важных свойств слабое взаимодействие делает возможными превращения нейтронов в протоны и наоборот. В первые мгновения после Большого взрыва, после того как кварки (возникшие в числе первых форм материи) объединились в группы по три, формируя протоны и нейтроны, вместе называемые барионами, последние смогли объединиться, в группы по четыре, формируя ядра гелия-4, содержащие два протона и два нейтрона. Этот так называемый нуклеосинтез Большого взрыва занял всего несколько секунд жизни нашей Вселенной, когда она остыла достаточно для формирования барионов, но не для того, чтобы последние испытали ядерный синтез. В процессе нуклеосинтеза Большого взрыва образовались водород и гелий, которые позже сформировали бы звезды, где ядерный синтез и другие процессы смогли бы выковать все остальные химические элементы. До сих пор синтез четырех протонов для создания гелия-4 продолжается внутри нашего Солнца, где рождается большая часть энергии, получаемой нами от этой звезды.

ЕЩЕ ЗАМЕЧАНИЯ О «ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ВСЕЛЕННЫХ»

Физики и космологи (а зачастую и писатели-фантасты) говорят о парал- лельных вселенных в различных контекстах. Есть по крайней мере три концепции Мультивселенной, отличные от представленной в статье

ХАББЛОВСКИЙ ПУЗЫРЬ
Наша Вселенная, возможно, гораздо больше, чем та ее часть, которую мы можем на- блюдать, - наш «Хаббловский пузырь» («хаббл-бабл»). Если наша Вселенная обладает бесконечным размером, то должно существовать бесконечное множество таких пузырей с центрами в наблюдателях, расположенных в разных галактиках. Некоторые могут быть идентичны нашему, другие - нет

БРАНЫ
Если пространство обладает более чем тремя измерениями, наша Вселенная может быть одной из трехмерных мембран, или «бран», в многомерном пространстве. Такие параллельные вселенные могут воздействовать одна на другую и даже сливаться

ГИПОТЕЗЫ О МНОГОМЕРНЫХ МИРАХ .
В квантовой физике один и тот же объект может находиться в различных состояниях - как тот знаменитый «кот Шредингера», который одновременно и жив, и мертв. И только внешнее воздействие может заставить объект перейти в какое-то одно конкретное состояние. Некоторые ученые полагают, что все непрерывное множество возможных состояний существует, каждое в отдельном «ответвлении» истории нашей Вселенной

Без слабого взаимодействия кажется маловероятным, что во Вселенной сформировались бы сложные химические соединения, а следовательно, и жизнь. В 2006 г. Перес и его команда обнаружили множество физических законов, которые основываются только на остальных трех взаимодействиях, но, тем не менее, делают Вселенную пригодной для жизни.

Исключение слабого взаимодействия потребовало некоторых изменений в так называемой Стандартной модели физики частиц, которая описывает все взаимодействия за исключением гравитации. Группа исследователей показала, что модификации могут быть сделаны таким образом, что поведение остальных трех взаимодействий - и остальных основных параметров, таких как массы кварков, - могут быть такими же, как и в нашем мире. Мы хотим отметить, что подобный выбор консервативен, предназначен для облегчения расчетов параметров развития вселенной. Вполне возможно, что большое количество других вселенных, «лишенных» слабого взаимодействия, обитаемы, но совершенно не похожи на нашу. Во вселенной без слабого взаимодействия обычное слияние протонов для формирования гелия было бы невозможным, потому что этот процесс требовал бы превращения двух протонов в нейтроны. Однако возможен другой путь для образования химических элементов. Например, в нашей Вселенной материя существенно преобладает над антиматерией, но небольшой настройки величины параметра, контролирующего такую асимметрию, достаточно для того, чтобы нуклеосинтез Большого взрыва оставил основную часть ядер дейтерия. Дейтерий, также известный как водород-2, изотоп водорода, ядро которого содержит помимо одного протона еще и один нейтрон. Так, звезды могли бы светить за счет слияния протона и ядра дейтерия и формирования ядер гелия-3 (два протона и один нейтрон).Такие звезды, лишенные реакций, обусловленных слабым взаимодействием, были бы холоднее и меньше, чем звезды нашей Вселенной. Согласно компьютерному моделированию, проведенному астрофизиком Адамом Барроусом (Adam Burrows) из Принстона, такие звезды могли бы сгорать всего за 7 млрд лет (что составляет примерный возраст нашего Солнца) и выделять энергию со скоростью в несколько процентов от соответствующей солнечной.

Следующая стадия

Подобно звездам нашей Вселенной, звезды без слабого взаимодействия могли бы синтезировать в результате ядерных реакций химические элементы вплоть до железа. Однако типичная реакция, которая в наших звездах приводит к созданию элементов тяжелее железа, осуществлялась бы в этих звездах не всегда, прежде всего потому, что слишком мало нейтронов было бы доступно для захвата ядрами для создания тяжелых изотопов - первый этап в формировании тяжелых элементов. Небольшое количество тяжелых элементов (до стронция) могут быть синтезированы в лишенных слабого взаимодействия звездах за счет других механизмов.

В нашей Вселенной взрывы сверхновых распространяют новые синтезированные элементы по пространству и сами синтезируют новые элементы. Сверхновые бывают нескольких типов: во вселенной без слабого взаимодействия взрывы сверхновых, вызванные коллапсом сверхмассивных звезд, могут не происходить, потому что взрыв есть поток нейтронов, рожденных в результате слабого взаимодействия, которое выносит энергию из недр звезды и создает ударную волну, служащую причиной взрыва. Но различные типы сверхновых - термоядерный взрыв звезды за счет аккреции или гравитационного коллапса - тоже могут существовать. Так элементы могут быть рассеяны в межзвездном пространстве, где они дадут начало новым звездам и планетам.

С учетом относительно невысокой температуры звезд, лишенных реакций слабого взаимодействия, похожее на Землю тело должно быть примерно в шесть раз ближе к своему Солнцу. Для обитателей подобной планеты светило выглядело бы гораздо больше. Такая новая Земля без слабого взаимодействия во многом отличалась бы от нашей родной планеты. В нашем мире тектонические плиты и вулканическая активность обладают энергией за счет радиоактивного распада урана и тория в недрах Земли. Лишенная этих тяжелых элементов, типичная Земля без слабого взаимодействия обладала бы сравнительно скучной и лишенной особенностей геологией - за исключением гравитационных процессов, дающих дополнительный источник нагрева, как это происходит на некоторых спутниках Сатурна и Юпитера.

С другой стороны, химия была бы схожей с нашим миром. Разница заключалась бы в том, что периодическая таблица окончилась бы на железе, за исключением очень незначительных следов других элементов. Однако такое ограничение не запретило бы образование жизненных форм, схожих с известными нам. Так, даже во Вселенной с тремя фундаментальными взаимодействиями могла бы зародиться жизнь.

Иной подход, рассмотренный другим автором этой статьи (Алехандро Дженкинсом) с сотрудниками, представляет собой поиск альтернативных множеств законов физики, чтобы модифицировать Стандартную модель меньше, чем это делается в случае вселенной без слабого взаимодействия (при этом вводятся дополнительные параметры). В 2008 г. группа ученых изучала, до какой степени массы трех наиболее легких из шести кварков (называемых верхним, нижним и странным) могут меняться с сохранением органической химии. Изменение масс кварков неизбежно коснется того, какие барионы и какие атомные ядра могут существовать без быстрого распада. В свою очередь различный ассортимент атомных ядер затронет химию в целом.

КРАТКАЯ ИСТОРИЯ АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ВСЕЛЕННОЙ

Вселенная, обладающая вместо обычных четырех тремя фундаментальными взаимодействиями, могла бы оказаться удивительно знакомой. Вот как это можно сделать:

Удалить слабое взаимодействие, модифицируя некоторые константы в Стандартной модели физики частиц;
остальные взаимодействия оставить в точности такими же, как в нашей Вселенной;
изменить другие параметры, чтобы способствовать наличию ядерных реакций в звездах.

В результате получится мир сложной структуры, который мог бы поддерживать формы жизни, схожие с земными

Кварковая химия

Кажется правдоподобным, что разумная жизнь - если она не слишком сильно отличается от нашей - требует некоторого вида органической химии, которая по определению обладает углеродом. Химические свойства углерода суть следствия его атомного строения: его ядро обладает электрическим зарядом 6, т.е. на орбитах в нейтральном атоме углерода находятся шесть электронов. Эти свойства приводят к тому, что углерод создает огромное разнообразие молекул. Часто делаемое писателями-фантастами предположение о том, что жизнь может основываться на кремнии, следующем элементе в группе углерода в периодической таблице, спорно, поскольку нет сколько-нибудь значительного количества разнообразных молекул, основанных на кремнии. Кроме того, для формирования сложных органических молекул должны быть элементы с химическими свойствами водорода (заряд 1) и кислорода (заряд 8). Для того чтобы увидеть, могут ли они порождать органическую химию, группа ученых должна была рассчитать, могут ли ядра с зарядами 1, 6 или 8 радиоактивно распадаться до того, как они смогли бы принять участие в химических реакциях (см врезку).Устойчивость ядер частично зависит от их масс, которая в свою очередь определяется массами составляющих их барионов. Вычисления масс барионов и ядер, если начинать расчет с масс кварков, очень сложны даже для нашей Вселенной. Однако после тонкой настройки интенсивности взаимодействия кварков можно использовать массы барионов, измеренные в нашей Вселенной, для оценки того, какие изменения масс кварков могли бы повлиять на массы ядер.

В нашем мире нейтрон ровно на 0,1% тяжелее протона. Если массы кварков изменились бы так, что нейтрон стал бы на 2% тяжелее протона, то не существовало бы устойчивых соединений углерода и кислорода. Если бы массы кварков были «настроены» таким образом, чтобы сделать протон тяжелее нейтрона, то протон в ядре водорода мог бы захватить электрон на орбите и превратиться в нейтрон - таким образом, атомы водорода не были бы устойчивыми в течение долгого времени. Но дейтерий или тритий (водород-3) могли бы все же быть устойчивыми и образовывать некоторые формы кислорода и углерода. Наши исследования показали, что даже если протон станет тяжелее нейтрона более чем на 1%, то могут исчезнуть некоторые устойчивые формы водорода.

С дейтерием (или тритием), замещающим водород-1, океаны наполняла бы «тяжелая вода», которая обладает всего лишь небольшими отличиями своих физических и химических свойств от обычной воды. В таких мирах не появится фундаментальных препятствий к развитию органической жизни.

ИГРАЯ С ВЕЩЕСТВОМ

Представьте, что масса легких кварков изменилась (речь идет о частицах, которые могут формировать стабильные барионы, такие как нейтроны и протоны). Останутся ли элементы такими, чтобы была возможна жизнь, какой мы ее знаем? Уж как минимум получившаяся вселенная должна содержать стабильные ядра с электрическими зарядами 1, 6 и 8, т.к. подобные заряды дали бы им свойства, схожие с водородом, углеродом и кислородом соответственно. Далее рассмотрено несколько вариантов того, что могло произойти

В нашем мире третий легчайший кварк (странный кварк) слишком тяжел, чтобы принимать участие в процессах ядерной физики. Однако если его масса сократится более чем в десять раз, то ядра можно будет сформировать не только из протонов и нейтронов, но также и из других барионов, содержащих странный кварк.

Например, наша научная группа выявила вселенную, в которой верхний и странный кварки могли бы иметь одинаковые массы, а нижний кварк был бы много легче. Атомные ядра состояли бы не из протонов с нейтронами - вместо нейтронов был бы другой барион, называемый «сигма минус». Важно отметить, что даже такая радикально отличная от нашей вселенная обладала бы устойчивыми формами водорода, углерода и кислорода и, таким образом, могла бы иметь органическую химию. Возникали бы такие элементы в достаточном количестве для появления где-нибудь жизни или нет - вопрос остается открытым.

Но если бы жизнь могла зародиться, могло бы случиться то же, что и в нашем мире. В такой вселенной физики столкнулись бы с вопросом, почему верхний и странный кварки обладают почти одинаковыми массами. Они могли бы даже представить, что такое удивительное совпадение имеет антропное объяснение, основанное на необходимости существования органической химии. Тем не менее нам известно, что такое объяснение было бы ложным, потому что наш мир тоже обладает органической химией, несмотря на то что массы верхнего и странного кварков различны.

С другой стороны, вселенные, в которых все три легких кварка имеют одинаковые массы, возможно, и не обладали бы органической химией: любое ядро с достаточно большим электрическим зарядом практически сразу же распалось бы. К сожалению, очень сложно воссоздать в деталях истории вселенных, физические параметры которых отличаются от наших. Эта тема требует дальнейшего исследования.

Струнный ландшафт

Ученые получили косвенные свидетельства о существовании Мультивселенной с помощью моделирования и подгонки параметров. Остается ли под вопросом реальное существование Мультивселенной? Мы не думаем, что это обязательно, по двум причинам. Первая следует из наблюдений, согласуемых с теорией. Астрономические данные строго поддерживают гипотезу о том, что наша Вселенная родилась из крошечной области пространства-времени, возможно, размером с одну миллиардную часть протона. Затем Вселенная прошла через стадию быстрого - экспоненциального - роста, называемую инфляцией. Космологи до сих пор не создали окончательной модели инфляции, но, согласно теории, различные области пространства-времени могли бы расширяться с различной скоростью, создавая таким образом нечто, напоминающее «карман», который мог бы стать самостоятельной вселенной со своими физическими константами. Пространство между отдельными «карманными» вселенными могло бы продолжать расширяться так быстро, что оказалось бы невозможным путешествовать и посылать сообщения от одной вселенной к другой, даже со скоростью света.

Вторая причина, позволяющая допустить существование Мультивселенной, следующая: величина космологической постоянной, меры энергии пустого пространства, «настроена» с необычайной степенью точности. Квантовая физика предсказывает, что энергией обладает даже пустое пространство. Общая теория относительности Эйнштейна гласит, что все формы энергии вызывают гравитацию. Если энергия положительная, это вынуждает пространство расширяться с экспоненциальной скоростью. Если отрицательная - вселенная сожмется в «Большом хлопке». Согласно квантовой теории, космологическая постоянная должна быть настолько велика по модулю, что пространство расширялось бы слишком быстро для того, чтобы успели сформироваться такие структуры, как галактики, или для того чтобы вселенная схлопнулась за доли секунды.

ЕСТЬ ТАМ КТО-НИБУДЬ?

Множество физических законов могут появиться из первичного вакуума. В большинстве случаев, включая те, о которых пойдет речь ниже, неизвестно, способна ли в таких вселенных зародиться жизнь. Но будущие исследования, вероятно, смогут ответить на этот вопрос

ПРАВИЛА ГЕЛИЯ
Определенные модификации вселенной без слабого взаимодействия могли бы привести к формированию вселенной практически без водорода; звезды были бы преимущественно из гелия

МНОГОКВАРКОВОСТЬ
В нашей Вселенной кварки формируют частицы, объединяясь парами или тройками, но в других вселенных кварки могут объединяться в группы по четыре, пять и более

ВЫСШИЕ РАЗМЕРНОСТИ
Согласно теории суперструн, пространство обладает десятью измерениями. В нашей Вселенной все кроме трех скручены или по какой то иной причине невидимы. А что если четыре или более измерений все-таки видимы?

Один из способов объяснить, почему наша Вселенная избежала таких ужасов, - предположение, что какой-то член в уравнениях Эйнштейна погасил вклад космологической постоянной. Проблема в том, что этот член должен был бы быть «настроен» очень точно - отклонение его значения всего на сотый знак после запятой привело бы к отсутствию структур во Вселенной.

В 1987 г. Стивен Вайнберг (Steven Weinberg), лауреат Нобелевской премии, физик-теоретик из Техасского университета в Остине, предложил антропное объяснение. Он вычислил верхнее ограничение на величину космологической постоянной. Если ее реальное значение больше, то пространство расширялось бы так быстро, что во Вселенной не оказалось бы структур, которые необходимы для возникновения жизни. Таким образом, само наше существование доказывает, что значение космологической постоянной невелико.

Далее, в конце 1990-х гг. прошлого века астрономы обнаружили, что Вселенная расширяется ускоренно за счет неизвестной формы «темной энергии». Наблюдаемый темп расширения говорит о том, что космологическая постоянная мала и положительна - в рамках, предсказанных Вайнбергом: это означает, что темная энергия очень «разрежена».

Так, космологическая постоянная кажется «настроенной» с величайшей точностью. Кроме того, методы, приложенные нашей группой к слабому взаимодействию и массам кварков, кажутся в этом случае провальными, потому что, видимо, невозможно обнаружить родственные вселенные, в которых космологическая постоянная существенно больше наблюдаемого нами значения. В Мультивселенной огромное большинство вселенных могли бы иметь космологическую постоянную, при которой не образовалось бы никаких структур. Аналог из реального мира - поход тысячи людей через труднопроходимую пустыню. Те несколько счастливчиков, которые смогут это сделать и остаться в живых, расскажут захватывающие истории о ядовитых змеях и других смертельных опасностях, кажущихся слишком далекими от реальности.

Теоретические аргументы, рожденные в теории струн (спекулятивное расширение Стандартной модели и попытки описать все взаимодействия как колебания микроскопических струн), кажется, подтверждают такой сценарий. Эти аргументы говорят, что во время инфляции космологическая постоянная и другие параметры могли обладать поистине безграничным разбросам различных значений, называемым «ландшафтом теории струн» (см.: Буссо Р., Полчински Й. Ландшафт теории струн // ВМН, № 12, 2004 ). Наша собственная работа, тем не менее, подвергает сомнению полезность антропного принципа, по крайней мере вне случая космологической постоянной. Возникают также и важные проблемы. Например, если жизнь действительно возможна без слабого взаимодействия, тогда почему в нашей Вселенной оно вообще есть? Фактически физика частиц утверждает, что в нашей Вселенной есть слабое взаимодействие, но недостаточно слабое. Его наблюдательная величина кажется неестественно большой в Стандартной модели. Основное объяснение для этой загадки требует существования новых частиц и новых сил, которые физики надеются обнаружить на Большом адронном коллайдере. Как следствие, многие теоретики ожидают, что основное количество вселенных обладают слабым взаимодействием, которое так слабо, что его можно считать практически отсутствующим. Таким образом, нет ничего удивительного в том, что мы живем во Вселенной, обладающей слабым взаимодействием. Естественно, только глубокое знание того, как Вселенная родилась, поможет ответить на все эти вопросы. В частности, мы можем открыть физические принципы более фундаментальных уровней, гласящие, что природа принимает именно такие законы, а не иные.Возможно, нам не суждено найти прямых указаний на существование других вселенных, и мы не сможем увидеть ни одну из них, но нам следует узнать о них больше, если мы хотим понять наше истинное место в Мультивселенной или то, что таится за ее пределами.

Алехандро Дженкинс (Alejandro Jenkins), урожденный костариканец, работает в Группе физики высоких энергий в Университете Флориды. Окончил Гарвардский университет и Калифорнийский технологический институт. Занимается исследованиями возможности существования альтернативных вселенных в Массачусетсском технологическом университете с Бобом Джаффом (Bob Jaffe) и Итамаром Кимчи (Itamar Kimchi). Гилад Перес (Gilad Perez) - физик-теоретик израильского Института Вейцмана в Реховоте, где он и получил докторскую степень в 2002 г. В Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли он исследует Мультивселенную с Рони Харником (Roni Harnik) из Стэнфордского университета и Грэхемом Крибсом (Graham D. Kribs) из Орегонского университета. Он работает также в Университете в Стони-Бруке, в Бостонском и Гарвардском университетах.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Designer Universe? Steven Weinberg. Conference on Cosmic Design of the American Association for the Advancement of Science, Washington, D.C., April 1999. Доступно онлайн на www.physlink.com/education/essay_weinberg.cfm .
Тегмарк М. Параллельные вселенные // ВМН, № 8, 2003.
A Universe without Weak Interactions. Roni Harnik, Graham D. Kribs and Gilad Perez in Physical Rreview D, Vol. 74, No. 3, pages 035006-1-035006-15; August 2006.
Quark Masses: An Environmental Impact Statement. Robert l. Jaffe, Alejandro Jenkins and Itamar Kimchi in Physical Review D, Vol. 79, No. 6, pages 065014-1065014-33; March 2009.

Одна модель потенциальных множественных вселенных называется теорией множественности миров. Теория может показаться странной и нереальной настолько, что её место в научно-фантастических фильмах, а не в реальной жизни. Тем не менее, нет эксперимента, который может неопровержимо дискредитировать ее обоснованность.

Происхождение гипотезы параллельных вселенных тесно связано с внедрением идеи квантовой механики в начале 1900-х годов. Квантовая механика, раздел физики, который изучает микромир, предсказывает поведение наноскопических объектов. У физиков возникли трудности с подгонкой под математическую модель поведение квантовой материи. Например, фотон, крошечные пучок света, может перемещаться вертикально вверх и вниз при перемещении по горизонтали вперед или назад.

Такое поведение резко контрастирует с объектами, видимыми невооруженным глазом - все, что мы видим, движется либо как волна, либо частица. Эта теория двойственности материи была названа принципом неопределенности Гейзенберга (ПНГ), в котором говорится, что акт наблюдения влияет на величины, такие как скорость и положение.

По отношению к квантовой механике, этот эффект наблюдения может повлиять на форму - частица или волна - квантовых объектов во время измерений. Будущие квантовые теории, например, копенгагенская интерпретация Нильса Бора, использовали ПНГ для утверждения, что наблюдаемый объект не сохраняет свою двойственную природу и может быть только в одном состоянии.

В 1954 году молодой студент Принстонского университета по имени Хью Эверетт предложил радикальное предположение, которое отличалось от популярных моделей квантовой механики. Эверетт не верил, что наблюдение вызывает квантовый вопрос.

Вместо этого, он утверждал, что наблюдение квантовой материи создает раскол во вселенной. Другими словами, вселенная создает свои копии с учетом всех вероятностей, и эти дубликаты будут существовать независимо друг от друга. Каждый раз, когда фотон измеряет ученый, например, в одной вселенной и анализирует его в виде волны, тот же ученый в другой вселенной будет анализировать его в форме частицы. Каждая из этих вселенных предлагает уникальную и независимую реальность, которые сосуществуют с другими параллельными вселенными.

Если теория множественности миров Эверетта (ТММ) верна, она содержит множество последствий, которые полностью преобразуют наше восприятие жизни. Любое действие, которое имеет более одного возможного результата, приводит к расколу Вселенной. Таким образом, существует бесконечное число параллельных вселенных и бесконечных копий каждого человека.

Эти копии имеют одинаковые лица и тела, но различные личности (один может быть агрессивным, а другой пассивным), поскольку каждый из них получает индивидуальный опыт. Бесконечное число альтернативных реальностей также предполагает, что никто не может достигнуть уникальных достижений. Каждый человек - или другая версия этого человека в параллельной вселенной - сделал или сделает все.

Кроме того, из ТММ следует, что все бессмертны. Старость не перестанет быть верным убийцей, но некоторые альтернативные реальности могут быть настолько научно и технологически продвинутыми, что разработали антивозрастную медицину. Если вы умрете в одном мире, другая версия вас в другой мир выживет.

Самым тревожным последствием параллельных вселенных является то, что ваше восприятие мира не реально. Наш "реальность" на этот момент в одной параллельной вселенной будет полностью отличаться от другого мира; это только крошечная фикция бесконечной и абсолютной истины. Вы можете поверить, что читаете эту статью в данный момент, но есть множество ваших копий, которые не читают. На самом деле, вы даже автор этой статьи в отдаленной реальности. Таким образом, выигрыш приза и принятия решений имеет значения, если мы можем потерять эти награды и выбрать нечто иное? Или жить, стараясь достичь большего, если можем быть в действительности мертвыми в другом месте?

Некоторые ученые, такие как австрийский математик Ганс Моравек, пытались развенчать возможность параллельных вселенных. Моравец разработал в 1987 году знаменитый эксперимент под названием квантовое самоубийство, в котором на человека направлено ружьё, соединенное с механизмом, измеряющим кварк. Каждый раз, когда дергают спусковой механизм, измеряется спин кварка. В зависимости от результата измерения оружие либо выстреливает, либо нет.

На основании этого эксперимента ружье выстрелит или не выстрелит в человека с 50-процентной вероятностью для каждого сценария. Если ТММ не верна, то вероятность выживания человека уменьшается после каждого измерения кварка, пока не достигнет нуля.

С другой стороны, ТММ утверждает, что экспериментатор всегда имеет 100% шанс выжить в какой-то параллельной вселенной, и человек сталкивается с квантовым бессмертием.

Когда измеряется кварк, есть две возможности: оружие может либо выстрелить, либо нет. В этот момент, ТММ утверждает, что Вселенная расщепляется на две разные вселенные для учета двух вероятных концовок. Оружие будет выстреливать в одной реальности, но не срабатывать в другой.

По моральным соображениям, ученые не могут использовать эксперимент Моравека, чтобы опровергнуть или подтвердить существование параллельных миров, так как испытуемые могут быть только мертвыми в этой конкретной реальности и все еще живыми в другом параллельном мире. В любом случае, теория множественности миров и ее поразительные последствия бросает вызов всему, что мы знаем о вселенной.