Наука и Техника

Наука И Техника
6 апреля 2015

Если параллельные вселенные существуют, как найти доказательства?

Представьте себе физика, сидящего в клетке с ружьем, направленным прямо на его голову. Каждые несколько секунд измеряется направление спина случайной частицы в комнате. Если спин направлен в одну сторону, то ружье стреляет и физик умирает. Если же в другую, то раздается только звук щелчка и физик выживает. Получается, шансы на выживание физика — 50 на 50, верно?

Все может быть не так просто, если мы живем в мультивселенной — то есть кроме нашей вселенной, которую мы зовем родной, существуют многие другие.

Со сценария с физиком и ружьем начинается знаменитый мысленный эксперимент под названием «квантовый суицид», и это один из способов попытаться понять, живем ли мы только в одной из многих (и потенциально бесконечных) вселенных.

Этот мысленный эксперимент опирается на квантовую механику и идею того, что единой объективной реальности не существует. Все, что мы видим вокруг, это лишь одна из возможных конфигураций всех вероятностей того, что произойдет то или иное событие. Одна из интерпретаций квантовой механики заключается в том, что все другие наборы вероятностей могут существовать в своих собственных отдельных вселенных. Так что если вы проследите за мысленным экспериментом, учитывая эту интерпретацию, то когда вы измерите вторую частицу, вселенная разделится на две, в каждой из которых будет свой возможный вариант свершения событий: в котором физик жив и в котором физик умер.

Его выживание теперь связано с квантовой вероятностью, так что он как бы и жив и умер одновременно — просто в разных вселенных. Если новая вселенная расщепляется каждый раз, когда измеряется частица, а ружье либо стреляет, либо нет, то в одной из таких вселенных в конечном итоге физик выживет, скажем, в ходе 50 измерений частиц. Сравнить это можно с брошенной 50 раз кряду монеткой. Вероятность того, что 50 раз подряд выпадет решка, чрезвычайно мала, но она есть — шанс стремится к нулю.

И если это произойдет, физик поймет, что мультивселенная реальна, и в конкретном случае — в описанном эксперименте — физик воистину бессмертен, так как ружье никогда не выстрелит. Но он также станет единственным человеком, который знает, что эти параллельные вселенные существуют. Да и сколько физиков придется «потратить», чтобы выяснить это наверняка.

Впрочем, существуют и другие, более разумные версии множественных вселенных, которые подкреплены математикой и потенциально проверяемы.

«Для некоторых людей параллельные вселенные — это как прыжок через портал в другой мир или что-то вроде этого, — говорит Мэтью Джонсон, физик из Института Периметра. — Но это совсем другое».

Фактические наблюдаемые свидетельства существования множественных вселенных будет сложно отыскать, но возможно. И вот как физики планируют это проделать.

Версии мультивселенной

На самом деле теорий множественной вселенной существует довольно много, и мультивселенная из мысленного эксперимента с «квантовым самоубийством», где каждая возможность становится реальностью, одна из наиболее радикальных.

Физик Массачусетского технологического института Макс Тегмарк предлагает разбить теории множественных вселенных на четыре разных типа, чтобы удобно было думать.

Мы сосредоточимся на первом уровне мультивселенных — эти версии проще других понять. На первом уровне у нас также довольно неплохие шансы найти доказательства, которые докажут, что мультивселенная реальна.

Множественные вселенные вытекают из математических прогнозов уже существующих теорий, и мультивселенная первого уровня предсказывается очень уважаемой и весомой идеей в физике: инфляцией.

Что мы подразумеваем под «вселенной»?

Чтобы понять идею множественных вселенных, сначала нужно определить, что мы имеем в виду, когда говорим «вселенная». Наше определение «вселенной» не раз менялось, например, когда мы изобрели первый телескоп, выглянули в космос и узнали, что звезды не крепятся к небу на гвозди, а Земля не одна такая в космосе.

Но Вселенная намного больше, чем мы можем увидеть в телескоп, говорит Джонсон. Наша вселенная представляет лишь сферу света, которому хватило времени, чтобы добраться до нас. Если мы подождем еще миллиард лет, то увидим еще больше и наше понятие вселенной снова перевернется, говорит Тегмарк.

Кто-то, стоящий на планете за триллионы световых лет от нас, будет иметь совершенно другую картину «вселенной», основанную на том, сколько света упало на его планету.

Мы никак не сможем достичь до этих других пузырей вселенных по определению, потому что нет никакого способа двигаться быстрее света. Хотя мы их не видим, физики считают, что следы их рождения все еще могут быть обнаружены.

Где доказательства?

Идея инфляции заключается в том, что во время зарождения наша Вселенная пережила период быстрого расширения (сразу после Большого Взрыва), когда нанометр пространства внезапно взорвался на 250 миллионов световых лет менее чем за одну триллионную секунды.

После начала инфляции она никогда полностью не останавливалась. В некоторых областях пространства-времени она останавливается, в них участки пространства превращаются в пузыри вроде той вселенной, которую мы видим вокруг, но в остальных местах космос продолжает расширяться. Если расширение бесконечно, а многие так и полагают, то новые пузыри вселенных образуются постоянно. Остается такой пузырьковый след. Мы дрейфуем через пространство-время в пенном джакузи вселенных.

Опять же, нет никакого способа связаться с другими этими пузырьковыми вселенными, потому что мы не можем двигаться быстрее света. Но теоретически можем доказать, что они существуют. И вот как.

Когда наша пузырьковая вселенная образовалась впервые, вполне возможно, что она столкнулась с другими пузырьковыми вселенными, которые образуются вокруг нашей. Вряд ли мы до сих пор находимся рядом с ними, поскольку продолжающееся расширение пространства-времени уносит нас все дальше и дальше.

Тем не менее влияние ранних столкновений могло пустить ряби на космическом микроволновом фоне (тепло, оставшееся после Большого Взрыва). Теоретически мы могли бы заметить эту рябь с помощью телескопов. Она была бы обесцвеченным диском — как синяк на теле микроволнового фона.

Джонс занимается поиском таких «синяков», но многое зависит от того, как быстро появились другие пузырьковые вселенные и сколько их вообще может быть. Если пузырьков немного, мы могли вовсе с ними не столкнуться.

Космический телескоп Планк в настоящее время прислушивается к небесам в поисках свидетельства таких столкновений с другими вселенными.

Мультивселенная внутри БАК
Разные физики придерживаются разных теорий мультивселенной. Эта версия возникает из теории струн, а также идеи существования многих других измерений, к которым у нас просто нет доступа (как в ситуации, в которой попал герой Макконахи в фильме «Интерстеллар»). Некоторые физики думают, что параллельные вселенные скрываются в этих дополнительных измерениях.

Такая идея мультивселенной тоже проверяема.

Физики будут искать микроскопические черные дыры на Большом адронном коллайдере, который заработал на днях. На БАКе невозможно произвести черную дыру, которая будет опасна, но, согласно этой теории, вполне можно создать микроскопические черные дыры, которые будут мгновенно испаряться. Наличие черных дыр будет означать, что гравитация нашей Вселенной просачивается в дополнительные измерения.

«Поскольку гравитация может утекать из нашей Вселенной в дополнительные измерения, такую модель можно проверить, обнаружив миниатюрные черные дыры на БАКе, — рассказывал физик Мир Файзаль. — Мы подсчитали энергию, на которой можно обнаружить эти черные дыры в гравитационной радуге. Если мы обнаружим черные дыры на такой энергии, мы будем знать, что как теория гравитационной радуги, так и теория дополнительных измерений — обе верны».

Это было бы убедительным свидетельством для теории струн и параллельных вселенных, а также помогло бы объяснить, почему гравитация намного слабее других фундаментальных сил.

Впрочем, никаких серьезных подтверждений пока нет. Только сомнения.

«Я верю только в то, что подтверждается конкретными, проверяемыми экспериментальными доказательствами, и концепция параллельных вселенных этим точно похвастать не может», — говорит Брайан Грин, физик-теоретик из Колумбийского университета.

Проблема в том, как говорит Джонсон, что физики удаляются от философских обсуждений множественных вселенных. Одни просто хотят проверить идею. Другие придерживаются радикальных и непроверяемых теорий. Тегмарк говорит, что попытается провести эксперимент с квантовым самоубийством, когда будет стар и немощен. Но будем надеяться, он просто шутит.