Что значит альтернативная вселенная

Хокинг, математика и струны: три ключевых теории о параллельных мирах

Параллельные вселенные — это миры, которые гипотетически существуют одновременно с нашим, но не обязательно похожи на него. Есть предположения, что там действуют другие законы природы или события принимают альтернативные исходы: если в нашем мире подброшенная монета упала орлом вверх, то в другой реальности — решкой.

Научные гипотезы, содержащие конкретные обоснования существования параллельных вселенных, появились только в XX веке, но философы рассуждали на эту тему еще в античности. В V веке до нашей эры в Древней Греции возникла теория атомизма. Согласно этой теории любая материя состоит из химически неделимых частиц — атомов, хаотичное столкновение которых образует параллельные миры. Философ Хрисипп, живший в III веке до нашей эры, предполагал, что Вселенная постоянно умирает и возрождается, то есть одновременно существует бесконечное множество ее состояний.

Первым физиком, который высказал предположение о существовании параллельных реальностей, стал австрийский ученый Эрвин Шредингер. В 1952 году в Дублине он прочел лекцию по квантовой механике и ввел понятие суперпозиции — явления, при котором частица одновременно находится в нескольких разных состояниях.

Позже идею о мультивселенных стали использовать писатели-фантасты. Одна из первых книг на эту тему — роман Майкла Муркока «Расколотые миры» (1963). Чтобы разобраться, могут ли параллельные миры существовать на самом деле, а не только в литературе и кино, мы рассмотрели основные теории и поговорили с российскими физиками.

Теории параллельных Вселенных

Теория Хартла — Хокинга

В 1983 году физики Стивен Хокинг и Джеймс Хартл выпустили научную работу, посвященную новой теории возникновения Вселенной. С помощью квантовой механики ученые пытались объяснить, как мир мог появиться из ничего и что было до Планковской эпохи — самого раннего этапа в его развитии.

Стивен Хокинг посвятил почти всю свою научную карьеру космологии — разделу астрономии, изучающему появление и эволюцию Вселенной. Помимо исследовательских работ, он выпустил несколько научно-популярных книг на эту тему — «Краткая история времени», «Черные дыры и молодые вселенные», «Мир в ореховой скорлупке».

Согласно теории Хартла — Хокинга изначально наш мир находился в космологической сингулярности. Это состояние, для которого характерны бесконечно высокие плотность и температура вещества. В результате Большого взрыва Вселенная расширилась, образовались галактики, звезды, планеты. Она продолжает безгранично расширяться до сих пор.

Описывая мир, Хокинг и Хартл рассматривали Вселенную как квантовую систему, которая одновременно находится в бесконечном множестве состояний. Наша реальность — лишь одно из них. Помимо нее существуют параллельные миры, которые отображают все возможные исходы любых происходивших событий.

Идея, согласно которой система может находиться в нескольких состояниях в одно и то же время, объясняется мысленным экспериментом Эрвина Шредингера — одного из основателей квантовой механики. Ученый привел пример с кошкой в непрозрачном ящике рядом с атомом радиоактивного вещества, который с одной и той же вероятностью может распасться или не распасться, и устройством, которое убивает или не убивает животное в зависимости от состояния частицы. Для наблюдателя, пока тот не откроет ящик, кошка будет в равной степени живой и мертвой, то есть одновременно находиться в двух состояниях.

Математическая гипотеза Тегмарка

Астрофизик и профессор Массачусетского технологического института **Макс Тегмарк выдвинул гипотезу о том, что наш физический мир — это математическая структура: набор физических постоянных (например, число Авогадро, массы элементарных частиц) и уравнений, описывающих фундаментальные законы природы.

Ученый считает, что все непротиворечивые математические структуры, которые можно вычислить, существуют физически. Например, в нашем мире гравитационная постоянная равна 6,67430 (15) × 10−11 Н × м² / кг−2. В параллельной вселенной это значение может быть другим, а значит, меняются решения связанных с ним уравнений.

Объединяя свою и другие теории, Тегмарк предлагает четырехуровневую классификацию миров:

• 1-й уровень — области, которые находятся в этой вселенной, но из-за постоянного расширения пространства после Большого взрыва удаляются от нашей части мира настолько быстро, что абсолютно не влияют на нее. В них действуют привычные физические законы, но с другими первоначальными условиями.
• 2-й уровень — вселенные-«пузыри», которые возникают из-за того, что иногда пространство расширяется более интенсивно, будто происходит небольшой взрыв. Их можно сравнить с отверстиями в хлебном мякише, которые появляются при выпечке теста. Фундаментальные законы природы в этих мирах такие же, но физические константы и элементарные частицы иные.
• 3-й уровень — множественные квантовые состояния вселенной, о которых говорили Хокинг, Хартл и Шредингер. Могут отображать альтернативные исходы событий. В них другие физические постоянные и элементарные частицы, но такие же законы природы.
• 4-й уровень — реальности с другими математическими структурами, которые, по версии Тегмарка, во всем отличаются от нашего мира.

Теория струн

В 1970 году Йоитиро Намбу, Хольгер Нильсен и Леонард Сасскинд независимо друг от друга выдвинули предположение о том, что не все физические частицы можно считать точечными из-за нетипичного характера их взаимодействия. Исследователи предложили рассматривать некоторые элементарные частицы (например, пионы, которые по массе меньше атома) как тонкие протяженные нити — так называемые квантовые струны.

В 1984–1986 годах произошла суперструнная революция: физики поняли, что теорией струн гипотетически можно описать взаимодействие всех элементарных частиц, а не только пионов. Возникла идея, что квантовые нити колеблются с разными частотами и задают свойства материи, как привычные нам атомы.

Согласно общепринятой теории относительности Вселенная включает в себя четыре измерения, среди которых длина, ширина, глубина и время. По теории струн измерений может быть 6, 10 и даже 26. Но мы осознаем только четыре из них. Остальные измерения сворачиваются, но в них могут помещаться параллельные вселенные. Эта концепция в упрощенной визуальной форме отражена в фильме Кристофера Нолана «Интерстеллар» (2014).

Михаил Иванов, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры теоретической физики МФТИ:

«Тема параллельных миров-вселенных в художественной и научной литературе переплетена с темой множественности миров-областей в пределах одной вселенной. Если рассматривать область якобы нашей вселенной, но отстающую от нас более чем на 14 млрд световых лет (это больше расстояния, которое свет может пройти с момента Большого взрыва к настоящему времени), тут уже возможно говорить о параллельных мирах.

Исторически одним из первых источников идеи мультивселенных была многомерная геометрия. Если в пространстве больше трех измерений, в нем можно представить несколько параллельных или пересекающихся гиперплоскостей, на каждой из которых действует обычная трехмерная физика. Восходят эти идеи минимум к XIX веку.

В современной науке основные источники идеи о мультивселенных — общая теория относительности и квантовая теория.

Общая теория относительности (ОТО) описывает, как геометрия пространства-времени, которая проявляется в виде гравитационных полей, изменяется со временем и взаимодействует с материей. В ней можно сконструировать решения основных уравнений так, чтобы черная дыра оказалась воротами в параллельный мир. Но это требует существования экзотических видов материи, которые едва ли возможны.

Можно применить обобщения ОТО к многомерному пространству и прийти к допущению, что в нем живут трехмерные браны (от слова мембрана), на поверхности которых размещаются параллельные вселенные. Можно модифицировать теорию так, чтобы пространство эволюционировало, порождая практически не связанные друг с другом области, в которых законы физики будут различаться.

В квантовой теории есть концептуальные проблемы, связанные с тем, что она состоит из двух разных частей. Первая — физика того, что происходит в замкнутой системе, обособленной от внешних взаимодействий. Вторая — теория измерений, описывающая взаимодействия системы с измерительным прибором.

Последнюю старались свести к физике замкнутых систем, включая в нее измерительный прибор. Но каждый раз теория измерений возникала снова, на другом уровне: вместо измерения состояния квантовой частицы приходилось рассматривать измерение состояния стрелки прибора или даже экспериментатора. В 1957 году американский физик Хью Эверетт III заметил, что теорию измерений можно исключить из квантовой механики, но тогда окажется, что в каждом эксперименте реализуются одновременно все возможные исходы. Это позволило проинтерпретировать теорию так, что Вселенная ветвится на варианты. В них происходит все, что в принципе могло бы произойти».

Существуют ли параллельные вселенные

Идею о существовании других реальностей в научном сообществе воспринимают неоднозначно. Сторонники этой концепции — Стивен Хокинг, американские физики-теоретики Брайан Грин и Ли Смолин, американский космолог Александр Виленкин.

Аргументы за:

• Существование черных дыр — Стивен Хокинг считал, что они могут быть тоннелями в параллельный мир. Об этом говорится в его книге «Черные дыры и молодые вселенные».
• Существование реликтового холодного пятна — области в созвездии Эридан с необычно низким микроволновым излучением и большими размерами. Некоторые ученые считают, что оно может быть отпечатком другой вселенной.
• Гипотетическое существование кротовых нор — «тоннелей», соединяющих отдаленные друг от друга точки пространства. Они согласуются с общей теорией относительности, но требуют существования экзотических видов материи.

Против идеи о параллельных вселенных выступают британский космолог Джордж Эллис, американские физики-теоретики Стивен Вайнберг и Дэвид Гросс. Их главный аргумент в том, что она ненаучна в целом. Ни одну из описанных выше теорий невозможно опровергнуть экспериментально, а значит, и доказать.

Михаил Иванов:

«В обозримом будущем мы едва ли сможем доказать существование параллельных вселенных. Многие теории основаны больше на игре ума, чем на экспериментальных фактах. Доказательство других порой требует ускорения элементарных частиц до энергии Планка (500 кг в тротиловом эквиваленте) или наблюдения за ними в течение миллиардов лет.

Более важный вопрос — удастся ли нам сформулировать квантовую теорию гравитации. Есть вероятность, что с ней мы сможем создавать параллельные вселенные, даже если раньше их не существовало».

В интервью для журнала Scientific American Джордж Эллис объяснил, что, по его мнению, ученые предложили идею о параллельных вселенных как универсальное объяснение природы нашего существования. Эту концепцию нельзя назвать неправильной, но она носит чисто философский, а не научный характер.

Станислав Алексеев, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник отдела релятивистской астрофизики Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга:

«У идеи о существовании параллельных вселенных есть несколько причин. Например, наличие черных дыр — каналов, через которые гипотетически энергия попадает из нашего мира в другой. Противоположные им белые дыры, существование которых не доказано, но допускается, могут быть источниками излучения из параллельных вселенных.

С точки зрения космологии, наличие других вселенных — возможность нарушить закон сохранения энергии, показав каналы, через которые она может убывать и прибывать. Это могло бы объяснить проблему космических лучей, энергия которых выше теоретического верхнего предела, без нарушения лоренц-инвариантности — свойства физической величины оставаться неизменной при преобразованиях.

Для доказательства или выбора одной из вышеописанных теорий не хватает экспериментальных, наблюдательных данных. В настоящее время во всех проектах общая теория относительности (ОТО) подтверждается с высокой точностью, но возможно, что в будущем удастся экспериментально выйти за ее границы».

Как современная наука изучает возможность существования параллельных Вселенных

В 1998 году во время наблюдения за сверхновыми звездами была обнаружена темная энергия. Это форма энергии, которая заполняет пустое пространство и действует противоположно гравитации, то есть отталкивает тела, а не притягивает их. За счет нее Вселенная расширяется с ускорением.

Ученые из Даремского и Сиднейского университетов создали компьютерную модель развития Вселенной и пришли к выводу, что в нашем мире относительно мало темной энергии. Согласно теориям возникновения Вселенной, ее должно было быть настолько много, что галактики и звезды не могли сформироваться, а жизнь не появилась бы.

В 2015 году в научном издании The International Journal of Physics вышла статья ученого А. А. Антонова о том, что темная энергия может быть признаком существования других вселенных. Для проверки этой и других теорий, связанных с темной энергией, ученые Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли, США, создали прибор Dark Energy Spectroscopic Instrument, который исследует электромагнитные спектры далеких галактик. Впервые он начал работу в 2019 году.

Источник

Существуют ли параллельные вселенные? Десять фактов за

Еще до появления Эверетта и его идеи множественных вселенных, физики оказались в тупике. Им приходилось использовать один набор правил для субатомного мира, который подвластен квантовой механике, и другой набор правил для крупномасштабного повседневного мира, который мы можем видеть и осязать. Сложности перехода от одного масштаба к другому скручивают мозги ученых в причудливые формы.

Возможны ли параллельные вселенные?

Например, в квантовой механике частицы не имеют определенных свойств, пока на них никто не смотрит. Их природа описывается так называемой волновой функцией, включающей все возможные свойства, которые может иметь частица. Но в отдельно взятой вселенной все эти свойства не могут существовать одновременно, поэтому когда вы смотрите на частицу, она принимает одно состояние. Эта идея метафорически изображается в парадоксе с котом Шредингера — когда кот, сидящий в ящике, одновременно жив и мертв, пока вы не откроете коробку для проверки. Ваше действие превращает кота в теплого и живого либо в чучело. Впрочем, и с этим ученые не могут согласиться.

Существование такого удивительно.

В мультивселенной вам не нужно беспокоиться о том, что вы можете убить кошку своим любопытством. Вместо этого всякий раз, когда вы открываете окно, реальность распадается на две версии. Непонятно? Соглашусь. Но где-то там может быть другая версия события, которое только что произошло у вас на глазах. Где-то там оно не произошло.

Осталось выяснить, какие причины нашли ученые, чтобы привязать эту невероятную теорию к фактам.

Реальность может быть бесконечной

Реальность, как эти карты.

Но если космос бесконечен, он должен быть множественной вселенной с бесконечными параллельными реальностями, по мнению Грина. Представьте, что вселенная и все вещество в ней эквивалентны колоде карт. Точно так же, как в колоде 52 карты, будет ровно столько же различных форм вещества. Если перемешивать колоду достаточно долго, в конечном итоге порядок карт повторит изначальный. Аналогичным образом, в бесконечной вселенной вещество в конечном счете повторится и организуется подобным образом. Множественная вселенная, так называемый мультиверс, с бесконечным числом параллельных реальностей содержит похожие, но слегка другие версии всего, что есть, и обеспечивает таким образом простой и удобный способ объяснить повторение.

Как начинается и заканчивается Вселенная

Так может выглядеть конец Вселенной.

Подписывайтесь на наш канал в Яндекс Дзен. Там можно найти много всего интересного, чего нет даже на нашем сайте.

Мультиверс может объяснить все эти вещи. Некоторые физики предполагали, что бесконечные регионы мультиверса можно называть мирами-бранами. Эти браны существуют во множественных измерениях, но мы не можем их обнаружить, поскольку способны воспринимать только три размерности пространства и одну — времени в нашем собственном мире-бране.

Некоторые физики считают, что эти браны как плиты громоздятся вместе, будто нарезанный хлеб в пакете. Большую часть времени они разделены. Но иногда сталкиваются. Теоретически, эти столкновения достаточно катастрофичны, чтобы вызвать повторяющиеся «большие взрывы» — так, чтобы параллельные вселенные начинались заново, снова и снова.

Множественные вселенные могут существовать

Готовы ли вы поверить в существование множественных вселенных?

Ее исследование также привело к возможным свидетельствам существования мультивселенной. В 2010 году группа ученых из Великобритании, Канады и США обнаружила четыре необычных и маловероятных круговых узора в CMB. Ученые предположили, что эти метки могут быть «синяками», которые остались на теле нашей Вселенной после столкновения с другими.

В 2015 году исследователь ЕКА Ранг-Рам Хари сделал аналогичное открытие. Хари взял модель CMB из небесной картинки обсерватории, а затем удалил все остальное, что мы о ней знаем — звезды, газ, межзвездную пыль и так далее. В этот момент небо должно было стать по большей части пустым, не считая фонового шума.

Чтобы не пропустить ничего интересного из мира высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram. Там вы узнаете много нового.

Но не стало. Вместо этого в определенном диапазоне частот Хари смог обнаружить рассеянные пятна на карте космоса, области, которые были примерно в 4500 раз ярче, чем должны были быть. Ученые придумали еще одно возможное объяснение: эти участки — это отпечатки столкновений между нашей Вселенной и параллельной.

Хари считает, что если мы не найдем другой способ объяснить эти отметины, «придется сделать вывод, что Природа, в конце концов, может играть в кости, и мы лишь одна случайная вселенная среди множества других».

Вселенная слишком большая, чтобы исключать возможность существования параллельных реальностей

Во Вселенной может быть что угодно.

Сперва может показаться, что это ловкий риторический трюк, но подумайте о следующем: даже в нашем мире мы нашли много вещей, о существовании которых раньше не подозревали, и эти вещи происходили — глобальный кризис 2008 года является хорошим примером. До него никто не думал, что это вообще возможно. Дэвид Хьюм назвал такого рода события «черными лебедями»: люди будут считать, что все лебеди — белые, пока не увидят черных лебедей.

Масштабы Вселенной позволяют задуматься о возможности существования множественных вселенных. Мы знаем, что вселенная очень и очень большая, возможно, бесконечная в своих размерах. Это значит, что мы не сможем обнаружить все существующее во вселенной. И поскольку ученые определили, что Вселенной примерно 13,8 миллиарда лет, мы можем обнаружить лишь тот свет, который успел дойти до нас за это время. Если параллельная реальность находится дальше, чем за 13,8 светового года от нас, мы можем никогда не узнать о ее существовании, даже существуй она в различимых нами размерностях.

Множественные вселенные имеют смысл с точки зрения атеизма

Множественные Вселенные могут многое объяснить.

Некоторые видят в этом точном равновесии условий доказательство участия всемогущей силы, высшего существа, которое создало все, чем сильно гневят атеистов. Но возможность существования мультиверса, в котором эта сила просто будет в отдельной реальности со всеми необходимыми для жизни факторами, вполне их устраивает.

Как говорил Линде, «для меня реальность множества вселенных логически возможна. Можно сказать: возможно, это некое мистическое совпадение. Возможно, Бог создал Вселенную для нашего блага. Я ничего не знаю о Боге, но вселенная сама по себе могла бы воспроизводить себя бесконечное число раз во всех возможных проявлениях».

Путешественники во времени не могут нарушить историю

И если оно возможно, мы могли бы оказаться в таком же положении, что и главный герой «Назад в будущее» Марти Макфлай — рискуя непреднамеренно изменить что-то в прошлом, тем самым изменив будущее и ход истории. Макфлай случайно помешал своим родителям встретиться и влюбиться, тем самым успешно убрав себя с семейных фотоснимков.

Однако в статье 2015 года было высказано предположение, что существование мультиверса не делает такие хлопоты обязательными. «Существование альтернативных миров означает, что нет и единой хронологии, которую можно нарушить», писал Георг Дворски. Напротив, если человек отправится в прошлое и что-то изменит, он просто создаст новый набор параллельных вселенных.

Мы могли бы быть симуляцией для развитой цивилизации

А что если мы правда всего лишь симуляция?

В 2003 году философ Ник Бостром, директор Института будущего человечества при Оксфордском университете, задался вопросом, может ли все, что мы воспринимаем как реальность — в частности, нашу отдельную параллельную вселенную, — быть просто цифровым моделированием другой вселенной. По Бострому, понадобится 10 36 вычислений, чтобы создать подробную модель всей человеческой истории.

Неплохо развитая инопланетная цивилизация — существа, технологический уровень которых заставит нас выглядеть пещерными жителями палеолита, — вполне могла бы располагать достаточным объемом вычислительной мощности для этого всего. Более того, моделирование каждого отдельно живущего человека не потребует каких-то совсем головокружительных электронных ресурсов, поэтому смоделированных на компьютере существ может быть намного больше реальных.

Все это может означать, что мы живем в цифровом мире, как из фильма «Матрица».

Но что будет, если эта развитая цивилизация сама будет симуляцией?

Люди думали о множественных вселенных с незапамятных времен

Они искали, но тоже ничего не нашли. Или нашли.

И в этом что-то есть. В конце концов, задолго до того, как Хью Эверетт потягивал свой коньяк, множество людей на протяжении всей истории человечества воображали различные версии мультиверса.

Древние индийские религиозные тексты, например, заполнены описаниями множества параллельных вселенных. И у древних греков была философия атомизма, в которой утверждалось, что существует бесконечное множество миров, рассеянных в такой же бесконечной пустоте.

Подписывайтесь на наш канал в Яндекс Дзен. Там можно найти много всего интересного, чего нет даже на нашем сайте.

В Средние века также поднимались идеи множественных миров. Парижский епископ в 1277 году утверждал, что греческий философ Аристотель ошибался, говоря, что существует только один возможный мир, потому что это ставит под сомнение всемогущую силу Бога, способного создать параллельные миры. Эту же идею воскресил в 1600-х годах Готфрид Вильгельм Лейбниц, один из столпов научной революции. Он утверждал, что существует много возможных миров, каждый из которых наделен отдельной физикой.

Все это вписывается в нашу схему знаний о Вселенной

Насколько хорошо мы знаем Вселенную?

В 2011 году физики Александр Виленкин и Макс Тегмарк отмечали, что люди западной цивилизации постепенно успокаивались по мере того, как открывали природу реальности. Они начали с мышления, по которому Земля была центром всего. Выяснилось, что это не так, и что наша Солнечная система — лишь крошечная часть Млечного Пути.

Мультивселенная должна довести эту идею до логического конца. Если мультивселенная существует, это значит, что мы не избранные и что существуют бесконечные версии нас самих.

Но некоторые полагают, что мы только в самом начале пути к расширению сознания. Как писал физик-теоретик Стэнфордского университета Леонард Сасскинд, может быть, через пару столетий философы и ученые будут оглядываться назад, на наше время, как на «золотой век, в котором узкая провинциальная концепция Вселенной 20 века сменилась большей и лучшей мультивселенной ошеломляющих пропорций».

Источник