Мультивселенная мертва, да здравствует мультивселенная!
Популярный взгляд на мультивселенную говорит, что наша Вселенная — всего лишь один из множества постоянно надувающихся пузырьков вселенных. Эти пузырьки вечно порождают множество вселенных, даже если отдельные вселенные стареют и умирают.
Однако новый взгляд на квантовые эффекты — взгляд Шона Кэрролла из Калифорнийского технологического института — бросает вызов этой картине. Также он будет очень полезен для квантовых теоретиков, поскольку может разрешить некоторые острые вопросы, волнующие космологов, в том числе и парадокс, известный как «Больцмановские мозги».
Кэрролл по-новому рассматривает случайные движения, известные как квантовые флуктуации.
Квантовые системы заводят в тупик лучшие умы человечества. Современные модели говорят, что у частицы вроде электрона нет определенной позиции: лучшее, что можно сделать, это описать вероятность нахождения электрона в определенном месте, то есть уравнением волновой функции. Когда вы пытаетесь сделать измерение, волновая функция «коллапсирует» и выбирает одно значение, но до этого момента позиция электрона флуктуирует. Такая неопределенность, на первый взгляд, порождает квантовые флуктуации в пустом пространстве.
Несмотря на их странные свойства, однако, квантовым флуктуациям мы обязаны самим своим существованием. Исследования первого света, излучаемого Вселенной спустя 380 000 лет после Большого Взрыва, позволяют предположить, что квантовые флуктуации в ранней Вселенной сделали ее некоторые регионы плотнее остальных, в результате чего возникла космическая паутина галактик, звезд, планет и нас, в конечном счете.
У случайных вспышек может быть еще одно интригующее последствие. В долю секунды после Большого Взрыва, Вселенная, как полагают, пережила взрывной рывок роста, известный как инфляция, обусловленная квантовыми частицами — инфлятонами. Каждый инфлятон случайным образом переплелся с дополнительной энергией, породив отдельный пузырь вселенной. Этот пузырь, в свою очередь, прошел через стадию инфляции и породил еще больше пузырей, что привело к созданию пузыря мультивселенной. Согласно этой теории, как только инфляция началась, она никогда не закончится, новые вселенные рождаются постоянно — поэтому мультиверс, или мультивселенная, бесконечна и нескончаема.
Таков популярный взгляд. Кэрролл и его коллеги решили по-другому рассмотреть эту теорию, поскольку она приводит к некоторым нерешенным вопросам. В такой бесконечной вселенной все, что имеет даже небольшой шанс, практически однозначно произойдет — просто придется очень долго ждать.
Некоторые теоретики отмечают, что если довести это предположение до логического завершения, в конечном итоге могут появиться даже самоосознающие бестелесные мозги. Эта же логика говорит о том, что бесконечное число обезьян, беспорядочно стучащих по клавишам, в конечном итоге напишут полное собрание сочинений Шекспира.
Это может быть правдой, но Больцмановские мозги создают серьезные проблемы для теоретиков: за всю историю Вселенной подобные мозги должны были превзойти даже наше сознание. Это большая проблема, поскольку отправной точкой для нашего понимания Вселенной и ее поведения является то, что люди, а не бестелесные мозги, представляют собой наблюдателей. Более того, мозги Больцмана — это вообще какая-то непонятность для большинства людей.
Кэрролл решил написать работу, показывающую, что мозги Больцмана представляют собой серьезную угрозу, но в процессе написания обнаружил способ победить их. Его отправной точкой была идея того, что квантовые флуктуации зависят от взаимодействия с внешней системой или частицей, то есть с «наблюдателем» — весьма распространенным понятием в квантовой механике. Однако когда он рассмотрел под этим углом инфляцию, все изменилось. Инфлятон должен был появиться раньше всех других частиц в самом начале вселенной. Это означает, что инфлятон был единственным типом частиц, которые существовали так, будто бы не было ничего «внешнего», с чем можно было бы взаимодействовать, говорит Кэрролл. В этом случае инфлятон не прошел бы через квантовые флуктуации.
Это «тихое» состояние длилось до тех пор, пока инфлятоны не развалились на несколько типов обычных частиц, которые могли бы взаимодействовать друг с другом.
«И тогда, наконец, родились квантовые флуктуации», — говорит Кэрролл, намекая на то, что космическая паутина все-таки зародилась, а вот бесконечное число вселенных — нет.
Тем не менее, его идея не убивает мультивселенную в целом. Дело в том, что математика, которая делает флуктуации зависимыми от наблюдателя, полагается на многомировую теорию квантовой механики. Согласно ей, каждый раз, когда измеряется квантовая система, Вселенная разделяется на несколько различных версий, по одной для каждого возможного исхода. В отличие от мультивселенной, в которой каждый пузырь вселенной начинает с нуля и развивается самостоятельно, «многомировая» вселенная состоит из переплетающихся ветвей, которые начинались с одинаковыми начальными условиями. «Возможно, Гитлер выиграл вторую мировую в параллельной вселенной, это один из возможных результатов, — говорит Кэрролл. — Но законы физики остались те же».
В теории Кэрролла, даже ветвящаяся мультивселенная должна прийти к концу. Вселенная расширяется все более быстрыми темпами, поэтому космологи полагают, что ее смерть будет иметь много общего с ее рождением, без узнаваемой материи и с одним квантовым полем. В этом случае, опять же, не будет никаких наблюдателей, которые породят квантовые флуктуации.
Теория Кэрролла вызвала определенное удивление у серьезных физиков. И одобрение.
Однако, сторонники вечной инфляции придерживаются своей точки зрения:
«Я вполне сочувствую желанию Шона избавиться от мозгов Больцмана», — говорит один из создателей теории инфляции.
В настоящее время нет способов разрешить дебаты, но Дэвид Уоллес из Оксфордского университета считает, что теория Кэрролла может иметь практические последствия, например, помогая нам лучше понять, как вещество ведет себя на квантовом уровне.
hi-news.ru
