Теория множественных вселенных


Мультивселенная – научная концепция предполагающая наличие множества параллельных вселенных. Существует ряд гипотез, описывающих многообразие этих миров, их свойства и взаимодействия.

Причины возникновения гипотезы

Успех квантовой теории неоспорим. Ведь она вместе с общей теорией относительности представляет все фундаментальные законы физики, известные современному миру. Несмотря на это квантовая теория все же ставит ряд вопросов, на которые до сих пор нет определенных ответов. Одним из них является известная «проблема кота Шредингера», которая наглядно демонстрирует зыбкий фундамент квантовой теории, что формируется на предсказаниях и вероятности того или иного события. Речь идет о том, что особенностью частицы, согласно квантовой теории, является существование ее в состоянии равном сумме всех ее возможных состояний. В таком случае если применить данный закон к квантовому миру, то окажется что кот – это сумма состояния живого и мертвого кота!


И хотя законы квантовой теории успешно используются при применении таких технологий как радары, радио, мобильные телефоны и интернет, приходится мириться с указанным выше парадоксом.

Множественные Вселенные в представлении художника

В попытке разрешить квантовую проблему была сформирована так называемая «копенгагенская теория», согласно которой состояние кота становится определенным, когда мы открываем коробку и наблюдаем его состояние, а до того оно неопределенное. Однако, применение копенгагенской теории, допустим, к Плутону, означает, что Плутон существует лишь с того момента как его открыл американский астроном Клайд Томбо 18 февраля 1930-го года. Только в этот день зафиксировалась волновая функция (состояние) Плутона, а остальные все схлопнулись. Но известно, что возраст Плутона значительно превышает отметку в 3,5 млрд лет, что указывает на проблемы копенгагенской интерпретации.

Множественность миров


Другой вариант решения квантовой проблемы предложил американский физик Хью Эверетт в 1957-м году. Он сформулировал так называемую «многомировую интерпретацию квантовых миров». Согласно ей каждый раз, когда объект переходит из неопределенного состояния в определенное – происходит расщепление этого объекта на количество вероятных состояний. Приводя в пример кота Шредингера, когда мы открываем коробку, появляется вселенная со сценарием, где кот мертв и появляется вселенная, где он остается жив. Таким образом, он находится в двух состояниях, но уже в параллельных мирах, то есть все волновые функции кота остаются действительными и никакая из них не схлопывается.

Земля — это совокупность всех вариантов событий на ней

Именно эту гипотезу множество писателей фантастов использовали в своих научно-фантастических произведениях. Множественность параллельных миров предполагает наличие ряда альтернативных событий, из-за которых история приняла иной ход. К примеру,  в каком-то мире непобедимая испанская армада не была разгромлена или Третий рейх победил во Второй мировой войне.


Более современная интерпретация этой модели объясняет невозможность взаимодействия с другими мирами отсутствием когерентности волновых функций. Грубо говоря, в какой-то момент волновая функция нашей Вселенной перестала колебаться в такт с функциями параллельных миров. Тогда вполне возможно, что мы можем сосуществовать в квартире с «сожителями» из иных вселенных, не взаимодействуя с ними никоим образом, и, равно как и они, быть убежденными в том, что именно наша Вселенная настоящая.

На самом деле термин «многомировая» — не совсем подходящей для данной теории, так как она предполагает один мир с множеством вариантов событий, происходящих одновременно.

Большинство физиков-теоретиков согласны с тем, что данная гипотеза невероятно фантастическая, однако она объясняет проблемы квантовой теории. Впрочем, ряд ученых не считают многомировую интерпретацию научной, так как она не может быть подтверждена или опровержима при помощи научного метода.

Квантовые связи, пронизывающие наш мир в представлении художника

В квантовой космологии


Сегодня гипотеза о множественности миров вновь возвращается на научную сцену, так как ученые намерены использовать квантовую теорию не для каких-либо объектов, а применить по отношению ко всей Вселенной. Речь идет о так называемой «квантовой космологии», которая, как может показаться с первого взгляда, несет абсурд даже в своей формулировке. Вопросы данной научной области связаны с зарождением Вселенной. Мизерные же размеры Вселенной на первых этапах ее формирования вполне согласуются с масштабами квантовой теории.

В таком случае, если размеры Вселенной были порядка элементарных частиц, то применив к ней квантовую теорию, мы также можем получить неопределенное состояние Вселенной. Последнее подразумевает наличие других вселенных, находящихся в различных состояниях с разной вероятностью. Тогда состояния всех параллельных миров в сумме дают одну единственную «волновую функцию Вселенной». В отличие от многомировой интерпретации квантовые вселенные существуют раздельно.

Квантовые Вселенные. Смотреть в полном размере.

Как известно, существует проблема тонкой настройки Вселенной, которая обращает внимание на то, что физические фундаментальные константы, задающие основные законы природы в мире, подобраны идеально для существования жизни. Будь масса протона немного меньше, формирование элементов тяжелее водорода было бы невозможным. Это проблема может быть решена при помощи модели мультивселенной, в которой реализуется множество параллельных вселенных с различными фундаментальными константами. Тогда вероятность существования некоторых из этих миров мала и они «умирают» вскоре после зарождения, например, сжимаются или разлетаются. Другие же, константы которых формируют не противоречивые законы физики, с большой вероятностью остаются стабильными. Согласно этой гипотезе, мультивселенная включает большое количество параллельных миров, большинство из которых являются «мертвыми», и лишь небольшое число параллельных вселенных позволяет им существовать длительное время, и даже дает право на наличие разумной жизни.

В теории струн

Черные дыры — путь к другим Вселенным в теории струн

Одной из наиболее перспективных областей теоретической физики является теория струн. Она занимается описанием квантовых струн – протяженных одномерных объектов, колебание которых представляется нам в виде частиц. Первоначальное призвание данной теории состоит в том, чтобы объединить две фундаментальные теории: общую теорию относительности и квантовую теорию. Как оказалось позже, сделать это можно несколькими способами, в результате чего образовалось несколько теорий струн. В середине 1990-х годов ряд физиков-теоретиков обнаружили, что эти теории являются различными случаями одной конструкции, позже названой как «М-теория».

Ее особенность заключается в существовании некой 11-мерной мембраны, струны которой пронизывают нашу Вселенную. Однако мы живем в мире с четырьмя измерениями (три координаты пространства и одна временная), куда же деваются другие измерения? Ученые предполагают, что они замыкаются сами на себе в самых маленьких масштабах, которые пока не удается пронаблюдать, в силу недостаточного развития технологий. Из этого утверждения вытекает иная сугубо математическая проблема – возникает большое число «ложных вакуумов».


Простейшее объяснение этой свертки ненаблюдаемых нами пространств, а также наличие ложных вакуумов – мультивселенная. Физики, занимающиеся теорий струн, опираются на утверждение о том, что существует огромное число других вселенных, в которых не только другие физические законы, но также и иное количество измерений. Таким образом, мембрану нашей Вселенной в упрощенном виде можно представить как сферу, пузырь, на поверхности которого обитаем мы, и 7 измерений которого находятся в «свернутом» состоянии. Тогда наш мир вместе с другими вселенными-мембранами – что-то вроде множества мыльных пузырей, что плавают в 11-мерном гиперпространстве. Мы же, существуя в 3-хмерном пространстве, и не можем выбраться за его пределы, а потому и не имеем возможности взаимодействовать с иными вселенными.

Мембраны Вселенных

Как уже упоминалось ранее, большинство параллельных миров, вселенных – мертвы. То есть в силу нестабильных или непригодных для жизни физических законов их вещество может быть представлено, например, лишь в виде бесструктурного скопления электронов и нейтрино. Причиной тому разнообразие возможных квантовых состояний частиц, иные значения фундаментальных констант и другое количество измерений. Примечательно, что такое предположение не противоречит принципу Коперника, утверждающего, что наш мир не уникален. Так как хоть и в малом количестве, но могут существовать миры, физические законы которых, несмотря на свое отличие от наших, все же допускают формирование сложных структур и зарождение разумной жизни.


Состоятельность теории

Хотя гипотеза о мультивселенной и выглядит как сценарий для научно-фантастической книги, она имеет лишь один недостаток – ученым не представляется возможным доказать или опровергнуть ее при помощи научного метода. Но за ней стоит сложная математика и на нее опирается ряд значимых и перспективных физических теорий. Аргументы в пользу мультивселенной представлены следующим списком:

  • Является фундаментом для существования многомировой интерпретации квантовой механики. Одной из двух передовых теорий (наряду с копенгагенской интерпретацией), решающих проблему неопределенности в квантовой механике.
  • Объясняет причины существования тонкой настройки Вселенной. В случае с мультивселенной, параметры нашего мира – лишь один из множества возможных вариантов.
  • Является так называемым «ландшафтом теории струн», так как решает проблему ложных вакуумов и позволяет описать причину, по которой определенное количество измерений нашей Вселенной сворачиваются.

Существование множественных миров доказывает случайность существования жизни1
  • Поддерживается инфляционной моделью Вселенной, которая наилучшим образом объясняет ее расширение. На ранних этапах формирования Вселенной, вероятнее всего она могла быть разделена на две вселенные и более, каждая из которых эволюционировала независимо от другой. На теории инфляции строится современная стандартная космологическая модель Вселенной — Лямбда-CDM.

Шведский космолог Макс Тегмарк предложил классификацию различных альтернативных миров:

  • Вселенные, находящиеся за пределами нашей видимой Вселенной.
  • Вселенные с иными фундаментальными константами и числами измерений, которые, к примеру, могут располагаться на других мембранах, согласно М-теории.
  • Параллельные вселенные, возникающие согласно многомировой интерпретации квантовой механики.
  • Конечный ансамбль – все возможные вселенные.

О дальнейшей судьбе теории о мультивселенной пока нечего сказать, но на сегодня она занимает почетное место в космологии и теоретической физике, и поддерживается рядом выдающихся физиков современности: Стивен Хокинг, Брайан Грин, Макс Тегмарк, Митио Каку, Алан Гут, Нил Тайсон и другие.


Полная версия: https://spacegid.com/multivselennaya.html

28 июня809 просмотров413 дочитываний7 мин.809 просмотров. Уникальные посетители страницы.413 дочитываний, 51%. Пользователи, дочитавшие до конца.7 мин. Среднее время дочитывания публикации.

Космологическая постоянная

Космологическая постоянная – безразмерная константа, которая была введена в уравнения общей теории относительности Альбертом Эйнштейном (1917 год) для противодействия силам гравитации во Вселенной.

Составление ОТО

В период с 1915-й по 1916-й год А.Эйнштейн опубликовал свою величайшую работу, наиболее успешную теорию гравитации, ставшей фундаментом для космологии, применяемую и по сей день, в том числе Международным астрономическим союзом – общую теорию относительности (ОТО). В рамках этой теории А.Эйнштейн вывел уравнение, которое связывает кривизну пространства-времени с материей, веществом, заполняющим рассматриваемую искривленную область. Как и большинство физиков-теоретиков, великий ученый стремился свести свое уравнение к максимально простому виду, что собственно у него успешно получилось.

Работая над ОТО, А.Эйнштейн заметил один недостаток – согласно его уравнениям Вселенная должна либо расширяться либо сжиматься, что противоречило астрономическим наблюдениям и представлениям о Вселенной того времени. По этой причине им был введен дополнительный множитель, безразмерная константа, задача которой состояла в том, чтобы противостоять силам тяготения, гравитации, то бишь действовать в обратном направлении. Таким образом, А.Эйнштейн смог получить решение для статической и неизменной Вселенной. Значение же космологической постоянной, иначе Лямбда-члена (в силу обозначения константы греческой буквой Лямбда), предполагалось достаточно мизерным, чтобы не замечать его проявление в природе.

Черная дыра — еще одно открытие Теории относительности

Модель Фридмана и несостоятельность Лямбда-члена

В 1922-м году выдающийся советский физик Александр Фридман опубликовал свою научную работу, в которой описывалась нестационарная модель Вселенной. Основываясь на уравнениях ОТО, Фридман вывел несколько уравнений, которые в зависимости от принимаемых параметров прогнозируют несколько сценариев эволюции Вселенной. В случае со значением космологической постоянной существует три варианта, каждый из которых не предусматривает стационарную Вселенную:

  • Λ < 0 – в таком случае имеют место лишь силы притяжения. По этой причине в некоторый момент Вселенная начнет сжиматься.
  • Λ > 0 – Вселенная постепенно расширяется, при этом скорость самого расширения возрастает.
  • Λ = 0 – эволюция Вселенной зависит от изначального значения плотности вещества. Отсюда также вытекает три варианта развития событий: торможение расширения и последующее обращение в сжатие, монотонное расширение с мизерным уменьшением скорости либо вовсе бесконечное.
Сценарии эволюции Вселенной по Фридману

Так или иначе, первое время космологическая модель Фридмана была раскритикована А.Эйнштейном, так как в случае с эволюционирующей Вселенной космологическая константа могла бы без последствий быть изъята из уравнений ОТО. Спустя несколько лет, в 1927-м году бельгийский астроном Жорж Леметр, наблюдая за галактиками различной удаленности, определил, что Вселенная расширяется. Еще позже, в 1929-м году американский астрофизик Эдвин Хаббл сформулировал свой одноименный закон, описывающий расширение Вселенной, которое также смог определить по красному смещению в спектре галактик. В результате упомянутых открытий А.Эйнштейн был вынужден принять модель Вселенной Фридмана. С того времени Лямбда-член в уравнениях ОТО в масштабах космологии не учитывался, а в других областях не делал заметный вклад в уравнения, а потому вводился лишь в связи с эстетическими взглядами самих ученых.

Ускоренное расширение и возвращение Лямбда-члена

В 1998-м году две независимые группы ученых, ведущие наблюдение за сверхновыми в других галактиках, обнаружили, что расстояние до этих звезд значительно больше прогнозируемого законом Хаббла. Из этого последовал вывод о том, что Вселенная расширяется с ростом скорости, то бишь ускоренно. Ранее считалось, что в силу наличия материи и гравитации расширение Вселенной замедляет свой темп (Λ = 0). Вскоре после других наблюдений, приведших к аналогичному выводу, ученые убедились в том, что существует некая неизвестная ранее энергия, действующая в противовес гравитации. Последнюю прозвали «темной энергией».

Ускоренное расширение Вселенной. График роста расстояний

Чтобы данное открытие согласовывалось с ОТО ученые вновь вернули Лямбда-член в уравнения Эйнштейна, при этом указав ее значение как положительное. Таким образом, темная энергия плотно связана с космологической константой. Дальнейшие попытки описать природу темной энергии привели физиков к тому, что Лямбда-член не просто дополнительный множитель, введенный в уравнения ОТО для состыковки теоретической конструкции с наблюдениями. Наиболее простое объяснение темной энергии указывает на то, что любой объем пространства имеет некую присущую ему энергию, называемую «энергией чистого вакуума», а космологическая постоянная выступает в роли плотности этой энергии. Таким образом, Альберт Эйнштейн, некогда называвший Лямбда-член «величайшей ошибкой» за всю его научную деятельность, косвенно предсказал наличие энергии, приводящей к ускоренному расширению Вселенной.

Также следует упомянуть, что как выяснилось учеными после жизни Эйнштейна, космологическая постоянная давала возможность существовать Вселенной в стабильном состоянии, лишь некоторое время при определенных условиях. И при первом же незначительном изменении в условиях начался бы либо процесс сжатия, либо процесс расширения Вселенной.

Наглядная модель расширения Вселенной со времен Большого Взрыва

Космологическая константа сегодня

Наибольший вклад в науку космологическая постоянная делает в области квантовой физики и космологии. Так на основании космологической модели Фридмана сформировалась современная модель Вселенной, под названием Лямбда-CDM, где космологическая постоянная является неотъемлемой частью теоретической конструкции и описывает свойства темной энергии.

Однако, несмотря на свой вклад, точное значение космологической константы остается под вопросом. Данная проблема даже имеет устоявшееся выражение в физике – «проблема космологической постоянной».Она состоит в том, что значение Лямбда-члена получается теоретически предсказать при помощи квантовой физики, но это значение будет немыслимо большим. При такой космологической константе энергия вакуума привела бы Вселенную к столь быстрому расширению, что не смогли бы сформироваться даже структуры вроде галактик. Для формирования последних значение Лямбда-члена должно быть как минимум на 120 порядков меньше (то есть в 10*120 раз).

Еще большую путаницу вносит относительно низкое значение космологической постоянной, получаемое при изучении эффекта разлета галактик. Одним из решений данной проблемы является предположение о том, что кроме энергии вакуума в космологическую постоянную вносит вклад еще какое-то неизученное слагаемое, некая неизвестная величина.

Полная версия: https://spacegid.com/kosmologicheskaya-postoyannaya.htm

Источник: zen.yandex.ru

Тем, кому поднадоели привычные три-четыре измерения (налево-направо, вперед-назад, вверх-вниз, и только вперед ? в будущее), космологи, изучающие происхождение нашей Вселенной, готовы предложить заманчивые альтернативы.

 

Недавно обнаруженные следы гравитационных волн в реликтовом излучении, по предположениям физиков, свидетельствуют о том, что мы живем в Мультивселенной ? пространстве, состоящем из множества вселенных.

 

Инфляционная модель Вселенной

 

Полученные результаты показали, что инфляция пространства-времени, т. е. экспоненциальное расширение всех его измерений, происходило настолько интенсивно, что образовавшаяся в результате структура должна была во много раз превосходить масштабы нашей Вселенной.

 

В большинстве сценариев инфляционных моделей предусматривается появление Мультивселенной.

 

? Профессор Андрей Линде, советско-американский физик, Стэнфордский университет

 

 

Советский физик Андрей Линде впервые описал сценарий хаотической инфляции в 1983 году, развив первоначальную теорию инфляции Вселенной Алана Гута.

 

Оба мэтра теоретической физики присутствовали на пресс-конференции в Гарвард-Смитсоновском центре по астрофизике, во время которой было объявлено о сенсационном открытии следов гравитационных волн в реликтовом излучении.

 

Теория множественных вселенных

Гравитационные волны в процессе инфляции Вселенной оставили специфические следы в поляризации реликтового излучения

©BICEP2

 

Результаты группы BICEP2 подтверждают модели, в которых процесс инфляции пространства-времени происходил с интенсивностью, которая предполагает появление на свет многих Вселенных. Это означает, что непосредственно после Большого Взрыва новые миры рождались снова и снова.

 

Существование Мультивселенной отлично объясняет многие явления, происходящие в нашем мире. Например, появление жизни на Земле.

 

? Алан Гут, Массачусетский Технологический Институт

 

 

Бесплатный обед

 

Алан Гут сравнивает Мультивселенную с бесплатным обедом. Андрей Линде уточняет: это еще и шведский стол, где можно выбирать из бесчисленного количества блюд.  

 

Оба физика полагают, что миры, образовавшиеся после Большого Взрыва, могут быть абсолютно разными, непохожими друг на друга. Наша Вселенная, заполненная звездами, планетами, газовыми туманностями и галактиками ? лишь одна из множества вариаций бесчисленных миров.

 

Вполне возможно, что иные вселенные лишены таких понятий как знакомые нам пространство-время, гравитация, фотоны, атомы и другие кирпичики нашего мироздания. Такие миры могут быть непохожи на что-либо из того, что мы вообще в состоянии себе представить.

 

Мультивселенная, порожденная хаотической инфляцией из стартовой точки Большого Взрыва, состоит из множества вселенных (включая нашу собственную), которые разделены друг от друга невообразимыми пространствами. 

 

Это означает, что предполагаемый размер нашей Вселенной ? примерно 92 миллиарда световых лет ? лишь точка среди мириад иных миров, с иными измерениями, траекториями и физическими свойствами.

 

Отдельные миры Мультивселенной, экспоненциально расширяющиеся со временем, образовались из базовой мембраны

©National Geographic

 

Решение загадок астрофизики

 

Хотя Алан Гут и является ярым сторонником Мультивселенной, даже он признает, что речь пока идет лишь об удобной теоретической модели, которая объясняет множество явлений, смущающих целые поколения космологов. 

 

Например, в 1998 году астрофизики обнаружили, что галактики нашей Вселенной разлетаются с большим ускорением, тогда как гравитационное притяжение должны было замедлить их движение.

 

Это открытие, авторы которого в 2011 году заслуженно получили Нобелевскую премию по физике, по мнению многих ученых, предполагает наличие так называемой «темной энергии», которая в космических масштабах противостоит силам гравитационного притяжения.

 

Но что собой представляет «темная энергия»? По выражению Майкла Тёрнера из Чикагского Университета, единственное, что нам о ней известно, это ее имя.

 

Согласно квантовой теории, в вакууме должны постоянно возникать, а затем исчезать субатомные частицы, которые и снабжают космос «темной энергией». Однако для того чтобы объяснить наблюдаемые явления, энергия вакуума должна на 120 порядков (10 в 120-ой степени) превышать результаты теоретических вычислений. Такое чудовищное несоответствие теории и практики ставит физиков в тупик.

 

Мультивселенная элегантно решает эту проблему. Инфляционное расширение космоса в мириады различных миров могло привести к тому, что в одном из них ? в нашей Вселенной ? роль «темной энергии» оказалась несущественной. В других же вселенных она принимает форму чудовищных антигравитационных сил, ускоренно разносящих материю во все стороны.

 

Теория множественных вселенных

Краткая история Большого Взрыва

©modcos.com

 

11 измерений теории струн

 

Еще один сложный вопрос, на который может дать ответ понятие Мультивселенной ? количество измерений, предсказываемых знаменитой теорией суперструн. Субатомные частицы, согласно теории струн, состоят из крошечных струн энергии в пространстве с 11 измерениями.

 

Но как совместить теорию струн с известным нам четырехмерным пространством-временем? Быть может, она описывает не только нашу Вселенную, но и всевозможные миры Мультивселенной? Согласно струнной теории, число всех вселенных должно быть в районе 10 в 500-ой степени (т. е. 1 с 500 нулями).

 

Короче, «добро пожаловать в клуб Мультивселенной!», как выразился Андрей Линде в своем недавнем обзоре инфляционной космологии. Понятие Мультивселенной легко и элегантно решает многочисленные проблемы, над которыми десятилетия бились ведущие умы астрофизики. 

 

Все, что нужно для жизни

 

Но это еще далеко не все. Мультивселенной можно объяснить даже проблемы, не имеющие прямого отношения к физике. В их числе так называемый «антропный принцип»: Мы видим Вселенную такой, потому что только в такой Вселенной мог возникнуть наблюдатель, человек.

 

С точки зрения космологов, наша Вселенная буквально создана для того, чтобы в ней появилась жизнь. Всевозможные физические константы, относительная слабость гравитационных сил по сравнению с электромагнитными и сильными взаимодействиями ? все идеально подогнано друг к другу для того, чтобы в результате появились звезды, планеты, вода, углеродные соединения, да и сама жизнь.

 

Если бы наша Вселенная являлась единственной, порожденной Большим Взрывом, такое удачное стечение обстоятельств для возникновения жизни было попросту невозможным.

 

Но если в результате хаотической инфляции были порождены бесчисленные мириады миров, то несколько Вселенных, подобных нашей, получают, с точки зрения физики, реальный шанс на существование.

 

Шанс, которым мы воспользовались и продолжаем пользоваться.

 

Источник: naked-science.ru

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.

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.

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.

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.

­­­– 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.

Источник: sciencepop.ru

Наша Вселенная может существовать внутри черной дыры. Это может звучать странно, но на самом деле это может быть лучшим объяснением того, как началась Вселенная, и что мы наблюдаем сегодня. Эта теория разрабатывалась последние несколько десятилетий небольшой группой физиков.

Несмотря на общий успех концепции, существуют известные нерешенные вопросы со стандартной Теорией Большого Взрыва, которая предполагает, что Вселенная начиналась как бесконечно малая точка, содержащая бесконечно высокую концентрацию вещества, увеличившуюся в размере до того, что мы наблюдаем сегодня. Теория инфляции, сверхбыстрого расширения пространства, предложенного в последние десятилетия, заполняет многие важные детали, например, почему небольшие сгустки в концентрации вещества в ранней Вселенной объединяются в большие небесные тела, такие как галактики и скопления галактик.

Но эти теории оставляют нерешенными основные вопросы. Например: с чего начался большой взрыв? Что вызвало окончание инфляции? Каков источник таинственной темной энергии, которая, очевидно, заставляет вселенную ускорять свое расширение?

Идея о том, что наша Вселенная полностью заключена в черную дыру, дает ответы на эти и многие другие вопросы. Это устраняет понятие физически невозможных особенностей в нашей вселенной. И она опирается на две основные теории в физике.

Первая — это общая теория относительности, современная теория гравитации. Она описывает Вселенную в самых больших масштабах. Любое событие во Вселенной происходит как точка в пространстве и времени или пространстве-времени. Массивный объект, такой как Солнце, искажает или «искривляет» пространство-время, как тяжелый шар для боулинга, продавливающий натянутую эластичную ткань. Гравитационное «углубление» от Солнца изменяет движение Земли и других планет, вращающихся вокруг нее. Солнечное притяжение планет ощущается нами как сила гравитации.

Вторая — квантовая механика, которая описывает Вселенную в самых маленьких масштабах, таких как уровень атома. Однако квантовая механика и общая теория относительности в настоящее время являются отдельными теориями; физики стремились объединить их в единую теорию «квантовой гравитации» для адекватного описания важных явлений, включая поведение субатомных частиц в черных дырах.

Адаптация общей теории относительности 1960-х годов, названная теорией гравитации Эйнштейна-Картана-Сиама-Киббла, учитывает эффекты квантовой механики. Это не только обеспечивает шаг к квантовой гравитации, но и приводит к альтернативной картине Вселенной. Это изменение общей теории относительности включает в себя важное квантовое свойство, известное как спин. Частицы, такие как атомы и электроны, обладают вращением или внутренним угловым моментом, аналогичным вращающемуся на льду фигуристу.

По этой аналогии спины в частицах взаимодействуют с пространством-временем и наделяют его свойством, называемым «скручиванием». Чтобы понять это скручивание, представьте пространство-время не как двумерное полотно, а как гибкий одномерный стержень. Сгибание стержня соответствует искривлению пространства-времени, а вращение стержня соответствует пространственно-временному кручению. Если стержень тонкий, его можно согнуть, но трудно понять, вращается он или нет.

Но кручение пространства-времени будет значительным, не говоря уже о заметном, в ранней Вселенной или в черных дырах. В этих экстремальных условиях торсионное пространство-время проявится как сила отталкивания, которая противодействует силе притяжения, возникающей в результате искривления пространства-времени. Как и в стандартной версии общей теории относительности, очень массивные звезды в конечном итоге коллапсируют в черные дыры: области пространства, из которых ничто не может вырваться, даже свет.

Вот как должно было происходить кручение в начальные мгновения нашей Вселенной. Первоначально гравитационное притяжение из искривленного пространства преодолевало отталкивающие силы кручения, служа для концентрации вещества в более мелких областях пространства. Но в конечном итоге скручивание станет очень сильным и не позволит материи сжаться в точку бесконечной плотности; материя достигла бы состояния чрезвычайно большой, но конечной плотности. Поскольку энергия может быть преобразована в массу, чрезвычайно высокая гравитационная энергия в этом чрезвычайно плотном состоянии вызовет интенсивное воспроизводство частиц, значительно увеличивая массу внутри черной дыры.

Увеличение числа частиц со спином приведет к более высоким уровням кручения пространства-времени. Отталкивающее скручивание остановило бы коллапс и создало бы «большой отскок», похожий на сжатый пляжный мяч, который вылетает наружу. Быстрая отдача после такого большого скачка могла быть тем, что привело к нашей расширяющейся Вселенной. Результат этой отдачи соответствует наблюдениям за формой, геометрией и распределением массы Вселенной.

В свою очередь, торсионный механизм предлагает удивительный сценарий: каждая черная дыра создаст новую детскую вселенную внутри. Если это правда, то первая материя в нашей Вселенной пришла откуда-то еще. Таким образом, наша собственная Вселенная может быть внутренней частью черной дыры, существующей в другой вселенной. Точно так же, как мы не можем видеть, что происходит внутри черных дыр в космосе, любые наблюдатели в родительской вселенной не могли видеть, что происходит в нашей.

Движение вещества через границу черной дыры, называемое «горизонтом событий», будет происходить только в одном направлении, обеспечивая направление времени, которое мы воспринимаем как движение вперед. Следовательно, направление стрелки времени в нашей Вселенной будет унаследовано через кручение от родительской вселенной.

Кручение также может объяснить наблюдаемый дисбаланс между веществом и антивеществом во вселенной. Из-за кручения материя распалась бы в знакомые электроны и кварки, и антиматерия распалась бы в «темную материю», таинственную невидимую форму материи, которая, кажется, составляет большинство материи во Вселенной.

Наконец, кручение может быть источником «темной энергии», таинственной формы энергии, которая пронизывает все пространство и увеличивает скорость расширения Вселенной. Геометрия с кручением естественным образом производит «космологическую постоянную», своего рода добавленную внешнюю силу, которая является самым простым способом объяснить темную энергию. Таким образом, наблюдаемое ускоряющееся расширение Вселенной может оказаться самым сильным доказательством кручения.

И так, кручение обеспечивает теоретическую основу для сценария, в котором внутренняя часть каждой черной дыры становится новой вселенной. Это также представляется в качестве средства решения ряда основных проблем современной теории гравитации и космологии.

Физикам все еще нужно объединить теорию Эйнштейна-Картана-Сиамы-Киббла в полной мере с квантовой механикой в квантовую теорию гравитации. Решая некоторые важные вопросы, это поднимает новые собственные. Например, что мы знаем о родительской вселенной и черной дыре, в которой находится наша собственная вселенная? Сколько слоев родительских вселенных у нас будет? Как мы можем проверить, что наша Вселенная живет в черной дыре?

Последний вопрос потенциально может быть исследован: поскольку все звезды и, следовательно, черные дыры вращаются, наша Вселенная унаследовала бы ось вращения родительской черной дыры как «предпочтительное направление». Недавно, правда, были получены данные исследований более 15 000 галактик о том, что в одном полушарии Вселенной больше спиральных «левосторонних» галактик или вращающихся по часовой стрелке, тогда как в другом полушарии больше «правосторонних» или вращающихся против часовой стрелки. Но в любом случае включение кручения в геометрию пространства-времени является правильным шагом к успешной теории космологии.

Перевод статьи Every Black Hole Contains a New Universe Никодема Поплавски (Nikodem Poplawski), которые является одним из авторов описанного исследования.

Источник: pikabu.ru

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

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 уже говорили на сайте ЛКИ.

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)?

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?

Источник: www.spacephys.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.