Чи може існувати паралельний Всесвіт, ідентичний нашому?

Якщо насправді існує інша версія вас у паралельному Всесвіті, то що це може навчити нас щодо реальності?

Про це пише видання BigThink.

• Існування декількох всесвітів звучить як наукова фантастика, але спостереження в рамках теоретичної фізики припускають, що це можливо і потенційно неминуче.
• Ключове питання цього спекулятивного сценарію полягає в тому, чи існує скінченна чи нескінченна кількість всесвітів у мультивсесвіті.
• У будь-якому випадку, те, що ми знаємо на сьогодні, вказує на те, що навіть якщо в мультивсесвіті існує нескінченна кількість всесвітів, те, що відбувається в них, жодним чином не пов’язане з тим, що відбувається у нашому власному Всесвіті.

Одна з найбільш переконливих ідей у всій фізиці звучить як чиста вигадка, але насправді вона могла б описати нашу реальність: ідея мультивсесвіту. У сценарії мультивсесвіту те, що ми знаємо як наш Всесвіт, є лише одним із багатьох всесвітів, які незалежно та одночасно існують паралельно нашому. Хоча немає переконливих доказів, які б вказували або на існування, або на відсутність мультивсесвіту, вони надають нам багату область для досліджень, оскільки передбачення його існування міцно вкорінені у феноменах теоретичної фізики, про які остаточно відомо, що вони існують.

Якщо ми припустимо, що:

• гарячому Великому вибуху, який породив спостережуваний Всесвіт, як ми його знаємо, передувала космічна інфляція;
• всі частинки та поля у Всесвіті мають фундаментально квантову природу.

Тоді випливає, що існування мультивсесвіту майже неминуче. Це відкриває багату царину фізичних можливостей, які включають не тільки паралельні всесвіти, але й нескінченну кількість їх. Якщо це так, то навіть можуть існувати паралельні всесвіти, ідентичні нашому, де реальність “роздвоюється” щоразу, коли відбувається квантовий результат. Ось що можливо в рамках наукового розгляду мультивсесвіту.

Мотивування існування мультивсесвіту

Щоб зрозуміти, чому фізики стверджують, що мусить існувати мультивсесвіт, спершу потрібно зрозуміти кілька фактів про спостережуваний нами Всесвіт. Один з фактів полягає в тому, що у нас є межа до тієї частини Всесвіту, до якої ми можемо отримати доступ: межа у часі. Всесвіт, яким ми його бачимо, почався приблизно ~13,8 мільярда років тому в події, відомій як гарячий Великий вибух, коли Всесвіт був гарячим, щільним, наповненим матерією та випромінюванням, і розширювався, охолоджувався та гравітаційно взаємодіяв від цього початкового стану. Чим далі ми дивимось назад у космічний простір, тим далі ми озираємося у часі, аж до межі гарячого Великого вибуху: 13,8 мільярда років тому у часі та 46,1 мільярда світлових років у просторі.

Тим не менш, ви не можете повернутися до довільно ранніх часів, тому що якби Всесвіт перевищив певну температуру та щільність, він мав би такі властивості, яких, за нашими конкретними спостереженнями, у нього немає. Натомість спостереження набагато більш узгоджуються з уявленням про те, що гарячому Великому вибуху передував період космічної інфляції, який:

• розтягнув кривину Всесвіту так, щоб вона не відрізнялася від плоскої;
• роздув будь-які проблемні, не спостережувані високоенергетичні релікти, які передбачені утворенням при високих температурах;
• надав Всесвіту однакову щільність енергії скрізь, з квантовими флуктуаціями, що виникають під час інфляції, накладеними поверх цього однорідного енергетичного фону.

Коли інфляція закінчується, ми отримуємо гарячий Великий вибух з необхідними властивостями для відтворення спостережуваного Всесвіту.

Як правило, нам подобається візуалізувати інфляцію як просте поле: воно має певні властивості, які впливають на простір, в якому це поле присутнє. Поки поле залишається в цьому інфляційному стані, де тканина простору володіє великою енергією, простір буде розширюватися невпинно та експоненціально, так що відстань між будь-якими двома точками послідовно подвоюється з кожним проміжком часу.

Доки поле залишається в цьому інфляційному стані, інфляція триває, розтягуючи тканину простору, розбавляючи все в ньому, поки поле не розпадеться. У цей момент інфляція припиняється. Оскільки енергія перетворюється на матерію та випромінювання, Всесвіт нагрівається до дуже високої (але не довільно високої) температури, що означає початок гарячого Великого вибуху.

Насправді однак, ми знаємо, що будь-яке поле, що викликає інфляцію, з великою часткою ймовірності має квантову природу. Це означає, що, поки інфляція триватиме, існує певна ймовірність того, що поле:

• “скотиться” у впадину, де інфляція закінчується;
• певна ймовірність того, що цього не відбудеться, і інфляція триватиме;
• і навіть певна ймовірність того, що поле “скотиться” у неправильному напрямку, відводячи нас далі від кінця інфляції.

І ось тут нелогічна частина — оскільки роздутий Всесвіт безперервно створює новий простір, усі ці можливості можуть виникати одночасно в різних регіонах Всесвіту, що роздувається.

Інфляція закінчується (зверху), коли кулька скочується у впадину. Але інфляційне поле — квантове (посередині), яке поширюється з плином часу. У той час як у багатьох регіонах простору (фіолетова, червона та блакитна кульки) інфляція припиниться, у багатьох інших (зелена, синя кульки) інфляція продовжиться, потенційно вічно (знизу). (Credit: E. Siegel)

Це створює цікавий сценарій для розгляду. Якщо інфляція відбувалася в минулому, і ми маємо обширні докази, що вона мала місце, виходячи з того, що відбито у нашому Всесвіті, то це передбачає існування мультивсесвіту. Що відбувається далі:

• відбувається інфляція, що розтягує Всесвіт та створює новий простір;
• в деяких місцях поле “скочується” у впадину, припиняючи інфляцію;
• це призводить до створення гарячих Великих вибухів у цих регіонах: які ми можемо назвати "всесвітами";
• між цими всесвітами є більш роздутий простір, де інфляція не закінчується, а продовжується;
• у міру розширення всесвіту створюється новий простір;
• в інших місцях поле скочується у впадину, припиняючи там інфляцію з більшою кількістю гарячих Великих вибухів та всесвітами;
• тим часом інфляція триває в регіонах, де вона не закінчилася, створюючи більше простору;
• і так далі.

Що захопливо — досить легко показати, що якщо ви хочете створити сценарій, у якому ми отримаємо достатню інфляцію для створення гарячого Великого вибуху зі спостережуваними нами властивостями, ви завжди отримаєте мультивсесвіт — такий, де завжди народжуються незалежні, не пов’язані один з одним всесвіти, назавжди відокремлені один від одного простором, який продовжує вічно роздуватися, тоді як нові всесвіти та нові гарячі Великі вибухи продовжують плодитися. Доки ми правильно розуміємо цю частину історії — а докази переважно вказують, що це так — існування мультивсесвіту передбачається найкращою сучасною наукою.

Чи пов′язані ці всесвіти?

Тепер ми маємо ступити на територію спекуляцій. Ми знаємо, що інфляція повинна відбуватися на енергетичному масштабі, який значно нижче енергетичного масштабу Планка, інакше ми побачили б у нашому Всесвіті сигнали, яких не існує. Однак те, чого ми не знаємо, є надзвичайно важливим. Ми не знаємо, як почалася інфляція, чи вона навіть мала початок; цілком можливо, що інфляція була станом Всесвіту за замовчуванням, що відбувалося вічно, доки вона не закінчилася в нашій області простору і наш Всесвіт не виник.

Ми не знаємо, чи існують якісь заплутані властивості між цими різними всесвітами всередині мультивсесвіту. Ми не знаємо, чи всі породжені всесвіти мають однакові фізичні закони та фундаментальні константи, чи існує динаміка, яка регулює ці закони та константи, які якимось чином “встановлюються” або під час інфляції, або під час остаточного переходу до гарячого Великого вибух. Крім того, ми не уявляємо, як кількісно оцінити ймовірності цих різних результатів: те, що космологи, які над цим працюють, називають проблемою міри. Передбачається, що ці всесвіти існують, але ми не знаємо, скільки їх існує, незалежно від того, чи пов’язані вони між собою, і які подібності чи відмінності вони мають щодо нашого Всесвіту.

Однак очікування — виходячи з того, що ми можемо виміряти у нашому власному Всесвіті, і те, що ми можемо обчислити на основі квантових властивостей, якими володіють відомі частинки та поля, — полягає в тому, що закони та константи повинні бути однаковими між всесвітами, але конкретним початковим умови повинні бути різними.

Що це означає?

Це означає, що загальні властивості кожного всесвіту повинні бути однаковими, оскільки вони мали спільне походження: з кінця одного і того ж інфляційного поля. Це означає, що кожен всесвіт повинен народитися з однаковою середньою щільністю енергії, тими ж законами, тими ж симетріями, тими ж збереженими величинами та законами збереження, тією ж стандартною моделлю, тими ж правилами загальної теорії відносності та багатьма іншими властивостями. Великі відмінності, просто, повинні приходити у формі квантових коливань, які накладаються на це єдине тло: з кількістю недоліків 1-на-30 000, які забезпечили насінням космічної структури у нашому Всесвіті. Вони повинні бути випадковими та в усіх масштабах, і наш Всесвіт повинен бути лише одним із надзвичайно великого набору можливих результатів.

І все ж, якщо у вас достатньо цих всесвітів, які виникають, з часом має з’явитися такий, який має ті ж початкові властивості, що й наша. Пам′ятайте, що все, що існує у нашому всесвіті, є кінцевим: існує скінченна кількість частинок, скінченна кількість енергії, скінченний час, протягом якого можуть відбуватися взаємодії між квантами, і скінченна кількість можливих результатів. Ці числа астрономічно великі, але вони не нескінченні.

Те саме може бути, а може і не бути, коли йдеться про кількість всесвітів, які породжуються інфляцією. Якщо інфляція триває протягом певного часу, то кількість всесвітів, які ми отримуємо, з часом зростає в геометричній прогресії, але завжди залишається кінцевою. Якщо інфляція тривала нескінченну кількість часу, то кількість всесвітів має бути нескінченною, і всі допустимі можливості повинні мати місце в якомусь всесвіті.

Ізольовані чи інтерактивні?

Якщо інфляція триває лише протягом обмеженого проміжку часу, ми можемо твердо сказати: виходячи з того, як кількість всесвітів зростає з часом у порівнянні з тим, як кількість можливих результатів у межах єдиного всесвіту зростає з часом, немає паралельних всесвітів, еквівалентних до нашого в рамках мультивсесвіту. Коли ми говоримо про багатосвітову інтерпретацію квантової механіки, кінцевої кількості всесвітів недостатньо, щоб утримати всі можливі результати. Нам потрібна нескінченність світів. Це само по собі вимагає нескінченної тривалості інфляції, щоб зробити паралельний всесвіт ідентичним нашому.

Але якщо інфляція триває нескінченно довго, то існування однакових паралельних всесвітів не просто можливе, а обов’язкове. Яким би великим не стало кінцеве число, навіть якщо воно з часом прагне до нескінченності, воно ніколи не стане нескінченним після закінчення кінцевої кількості часу.

Тому, навіть якщо існує астрономічна кількість можливих результатів, які могли статися — включаючи квантові взаємодії з безперервним набором допустимих результатів — нескінченна кількість паралельних всесвітів має містити їх усі.

Однак навіть якщо такі паралельні всесвіти існують у великому мультивсесвіті, навіть якщо їх існує нескінченна кількість, не кожен мислимий ефект можливий. Ви не можете нічого передавати між всесвітами, наприклад. Навіть попри те, що кожен всесвіт виник з однієї й тієї ж невеликої області простору — оскільки ви не можете простежити будь-які дві точки у просторі-часі при його інфляції, поки вони не будуть довільно близько одна до одної, — жодна інформація не може бути передана між ними; вони більше не є казуально пов′язаними.

Не існує ніякої ретро-казуальності. Іншими словами, те, що відбувається в одному всесвіті, не може вплинути на інший. Ми знаємо, як кількісно оцінити те, що відбулося б під час інфляції, якщо будь-які два всесвіти зіткнулися, злилися або іншим чином взаємодіяли, і ми можемо безперечно стверджувати, що немає ніяких доказів того, що це сталося у нашому Всесвіті.

Крім того, квантові можливості, які зараз існують для нашого Всесвіту, можливі лише для майбутніх подій, результати яких уже визначені. Ідея про те, що багато історій можуть перекриватися, створюючи реальність, у якій ми зараз живемо — часто відома у просторіччі як ефект Мандели — є фізично неприпустимим прикладом псевдонауки, який взагалі не підтверджується жодними доказами.

Надзвичайно спокусливо розглядати можливість того, що всі наші помилки та погані рішення, а також наслідки, які через них виникли для нас самих та інших, могли обернутися інакше в інших місцях. Можливо, в інший час в іншому місці існувала ваша версія, яка приймала кращі рішення на критичному етапі, і ця версія вас, в іншому всесвіті, має краще життя і через це населяє кращий світ. Ідея мультивсесвіту і, зокрема, паралельних всесвітів, які були ідентичні нашим власним до тих критичних рішень, дає нам надію, що наші минулі рішення не такі незмінні, як ми зараз вважаємо.

І все ж, це зовсім не те, про що говорить наука. Навіть якщо інфляція триває нескінченну кількість часу, все, що відбувається в інших чинних всесвітах, жодним чином не пов′язане з тим, що відбувається або відбувалося у нашому Всесвіті. Наше минуле докорінно написане. У будь-якому сценарії з мультивсесвітом не виникає можливості ані переписати минуле, ані імпортувати з іншого всесвіту результат, який виявився б іншим. Мультивсесвіт може бути неминучим, а паралельні всесвіти можуть бути можливими, але вони не впливають на наш Всесвіт будь-яким вимірюваним або спостережуваним способом. Поза межами науки все, що ми маємо — це здогади. Доки не будуть зібрані докази, не можна робити подальших остаточних заяв.

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.