Мультивселенная. В поисках жизни в мультивселенной Теория множеств вселенных

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.

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.

Как часто вы задумываетесь о том, как бы был устроен наш мир сегодня, если бы результат каких-то ключевых исторических событий был другим? Какой была бы наша планета, если бы динозавры, например, не вымерли? Каждое наше действие, решение автоматически становится частью прошлого. По сути дела, настоящего нет: все, что мы делаем в данную минуту, уже не изменить, оно записано в памяти Вселенной. Однако 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.

Octavio Fossatti / Unsplash.com

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.

Концепция параллельных вселенных и теория струн

Из школьных уроков мы хорошо помним, что в физике есть две главные теории: общая теория относительности и квантовая теория поля. Первая объясняет физические процессы в макромире, вторая – в микро. Если обе эти теории использовать на одном масштабе, они будут противоречить друг другу. Кажется логичным, что должна существовать некая общая теория, применимая к любым расстояниям и масштабам. В качестве таковой физики выдвинули теорию струн.

Дело в том, что на очень мелких масштабах возникают некие колебания, которые похожи на колебания от обычной струны. Эти струны заряжены энергией. «Струны» – это не струны в прямом смысле. Это абстракция, которая объясняет взаимодействие частиц, физические постоянные величины, их характеристики. В 1970-х годах, когда теория зародилась, ученые считали, что она станет универсальной для описания всего нашего мира. Однако оказалось, что эта теория работает только в 10-мерном пространстве (а мы живем в четырехмерном). Остальные шесть измерений пространства просто сворачиваются. Но, как оказалось, сворачиваются не простым способом.

В 2003 году ученые выяснили, что сворачиваться они могут огромным количеством методов, и в каждом новом способе получается своя вселенная с разными физическими константами.

Jason Blackeye / Unsplash.com

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.

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.

Наука

Вселенная, в которой мы живем, не является единственной в своем роде. На самом деле она – всего лишь одна единица бесконечного числа вселенных, совокупность которых называется Мультивселенная.

Утверждение о том, что мы существуем в Мультивселенной, может показаться выдумкой, однако за ним стоят реальные научные объяснения . Огромное количество физических теорий независимо друг от друга указывают на то, что Мультивселенная действительно существует.

Предлагаем вам ознакомиться с самыми известными научными теориями, подтверждающими тот факт, что наша Вселенная - всего лишь частица Мультивселенной.

1) Бесконечность вселенных

Ученые пока точно не уверены, какую форму имеет пространство-время, но, вероятнее всего, эта физическая модель имеет плоскую форму (в противоположность сферической форме или форме пончика) и простирается бесконечно. Если пространство-время бесконечно, в какой-то точке оно должно повторяться. Это связано с тем, что частицы могут выстраиваться в пространстве и времени определенными способами, а число этих способов ограничено.

Таким образом, если вы посмотрите достаточно далеко, вы сможете наткнуться на другой вариант себя же , вернее, на бесконечное число вариантов. Некоторые из этих близнецов будут делать то, что делаете вы, когда как другие будут носить другую одежду, у них будет другая работа, они будут делать другой выбор в жизни.

Размеры нашей вселенной сложно представить. Частицы света преодолевают расстояние от ее центра до края за 13,7 миллиардов лет. Именно столько лет назад имел место Большой Взрыв. Пространство-время за пределами этого расстояния может рассматриваться, как отдельная вселенная . Таким образом, многочисленные вселенные существуют одна рядом с другой, представляя собой бесконечно гигантское лоскутное одеяло.

2) Пузырчатая гигантская вселенная

В научном мире имеются и другие теории развития вселенных, в том числе теория под названием Хаотическая теория инфляции . Согласно этой теории, вселенная быстро стала расширяться после Большого Взрыва. Этот процесс напоминал раздутие воздушного шарика , который наполняют газом.

Хаотическая теория инфляции впервые была предложена специалистом по космологии Александром Виденкиным. Эта теория предполагает, что некоторые части пространства перестают, когда как другие продолжают расширяться, таким образом позволяя образовываться изолированным "пузырчатым вселенным" .

Наша собственная вселенная представляет собой всего лишь маленький пузырь в огромном пространстве космоса, в котором существует бесконечное число таких же пузырей. В некоторых из этих пузырчатых вселенных законы физики и фундаментальные постоянные могут отличаться от наших . Эти законы могли бы показаться для нас более, чем странными.

3) Параллельные вселенные

Еще одна теория, которая вытекает из теории струн, заключается в том, что существует понятие параллельных вселенных. Идея о существовании параллельных миров связана с вероятностью того, что имеется намного больше измерений, чем мы можем представить. По нашим представлениям сегодня существуют 3 пространственных измерения и 1 временное.

Физик Брайан Грин из Университета Колумбии описывает это так: "Наша вселенная – один "блок" из огромного количества "блоков", плавающих в пространстве со множеством измерений".

Также согласно этой теории, вселенные не всегда являются параллельными и не всегда оказываются вне нашей досягаемости. Порой они могут вклиниваться друг в друга , вызывая повторные Большие Взрывы, которые возвращают вселенные в исходное положение снова и снова.

4) Дочерние вселенные – еще одна теория образования вселенных

Теория квантовой механики, которая строится на понятиях крошечного мира субатомных частиц, предполагает еще один способ образования множественных вселенных. Квартовая механика описывает мир в условиях вероятностей, при этом избегая делать окончательные выводы.

Математические модели, согласно этой теории, могут предполагать все возможные исходы ситуации. Например, на перекрестке, где вы можете повернуть направо или налево, настоящая вселенная формирует две дочерние вселенные , в одной из которых вы можете пойти направо, а в другой - налево.

5) Математические вселенные – гипотеза возникновения вселенной

Ученые долгое время спорили, является ли математика полезным инструментом для описания вселенной или же она сама по себе является фундаментальной реальностью и наши наблюдения - всего лишь несовершенные представления об истинной математической природе.

Если последнее верно, возможно, определенная математическая структура, которая формирует нашу вселенную, не является единственным вариантом. Другие возможные математические структуры могут существовать независимо в отдельных вселенных.

"Математическая структура - это то, что вы можете описать совершенно независимо от наших знаний и понятий, - говорит Макс Тегмарк , профессор Массачусетского технологического института, автор этой гипотезы. – Лично я верю, что где-то есть такая вселенная, которая может существовать совершенно независимо от меня и будет продолжать существовать, даже если в ней нет людей".

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.