Новости всё Наука - iCity.life Новосибирск

Если вы думали, что все ограничивается тем, что мы нашли за космическим горизонтом, готовьтесь передумать.

«Трудно построить модели инфляции, которые не приводят к мультивселенной. Это не невозможно, поэтому я уверен в необходимости проведения дополнительных исследований. Но большинство моделей инфляции действительно ведут к мультивселенной, а доказательства инфляции будут подталкивать нас в направлении серьезного принятия [множественных вселенных]», — сказал однажды Алан Гут, американский физик и космолог, первым предложивший идею инфляции, или космического расширения.

Представьте, что Вселенная, которую мы наблюдаем — от конца до конца, — это просто капля в космическом океане. Что за пределами того, что мы видим, есть больше космоса, больше галактик, больше всего, на бесчисленные миллиарды световых лет дальше, чем мы когда-либо сможем дотянуться. И насколько необозримой может быть Вселенная, настолько же бесчисленным может быть количество похожих на нее вселенных — некоторых больше и старше, некоторых меньше и моложе — рассыпанных по всему пространству-времени. И так же быстро, как расширяются эти вселенные, пространство-время, содержащее их, расширяется еще быстрее, уводит их дальше друг от друга и гарантирует, что никакие две вселенные никогда не встретятся. Похоже на фантастику? Такова научная идея мультивселенных, или множественных вселенных. Но если научный взгляд, который мы сегодня принимаем, верный, эта идея будет не только адекватной, но и неизбежным следствием наших фундаментальных законов, считает физик Итан Зигель.

Идея множественных вселенных уходит корнями в физику, необходимую для описания Вселенной, которую мы видим и в которой обитаем сегодня. Повсюду в небе мы наблюдаем звезды и галактики, сгруппированные в большой космической паутине. Но чем дальше в космос мы смотрим, тем дальше назад во времени мы попадаем. Чем дальше галактики, тем они моложе и, следовательно, менее развиты. В их звездах меньше тяжелых элементов, они кажутся меньше, поскольку произошло меньше слияний, больше спиралей и меньше эллипсов (потому что последним требуется время), и так далее. Если мы будем двигаться до пределов видимого, мы обнаружим самые первые звезды во Вселенной, а за ними — область тьмы, в которой остается только один свет: послесвечение Большого Взрыва.

Сам Большой Взрыв — который случился 13,8 миллиарда лет назад — не был началом пространства и времени, а скорее началом нашей наблюдаемой Вселенной. До этого была эпоха, известная как космическая инфляция, когда само пространство расширялось экспоненциально, наполненное энергией, присущей ткани пространства-времени. Космическая инфляция — это сам по себе пример теории, которая пришла и заменила ту, что была до нее:

• Она согласовалась со всеми успехами теории Большого Взрыва и охватывала всю современную космологию.
• Она объяснила ряд проблем, которые не мог объяснить Большой Взрыв, включая и то, почему Вселенная была везде одной температуры, почему она пространственно плоская и почему не осталось никаких высокоэнергетических реликтов вроде магнитных монополей.
• И она сделала много новых прогнозов, которые можно было протестировать наблюдательно, большинство из которых были подтверждены.

Было, впрочем, и одно следствие, которое предсказала теория инфляции. Мы не знаем, можем ли мы подтвердить его или нет: множественные вселенные.

Инфляция приводит к экспоненциальному расширению пространства, что может очень быстро вылиться к тому, что любое ранее существовавшее искривленное пространство будет казаться плоским

Инфляция приводит к тому, что пространство расширяется по экспоненте. То есть берется что угодно, существовавшее до Большого Взрыва, и становится намного, намного, намного больше, чем было. Пока что это нас устраивает: это объясняет, как мы получили однородную и огромную Вселенную. Когда инфляция заканчивается, Вселенная наполняется материей и излучением, появление которых мы наблюдаем как раскаленный Большой Взрыв. И здесь-то начинаются странности. Чтобы инфляция завершилась, независимо от того, какое квантовое поле за нее отвечает, ей нужно перейти из высокоэнергетического нестабильного состояния в низкоэнергетическое и стабильное. Этот переход и «скатывание» вниз в долину — вот что приводит инфляцию к концу и вызывает Большой Взрыв.

Но независимо от того, какое поле несет ответственность за инфляцию, как и во всех других областях, подчиняющимся законам физики, оно должно быть по своей природе квантовым полем. Как и все квантовые поля, оно описывается волновой функцией, с вероятностью разбегания волны со временем. Если величина поля будет медленно скатываться в долину, квантовое разбегание волновой функции будет быстрее скатывания, означая, что, возможно — даже вероятно, — инфляция постепенно приведет к Большому Взрыва.

Если бы инфляция была квантовым полем, величина поля будет разбегаться со временем, причем разные области пространства будут принимать разные реализации значения поля. Во многих регионах значение поля будет попадать на дно долины, заканчивая инфляцию, но во многих других инфляция будет продолжаться сколько угодно в будущем

Поскольку пространство расширяется с экспоненциальной скоростью во время инфляции, это означает, что с течением времени создается экспоненциально большее число областей пространства. В некоторых областях инфляция будет заканчиваться: там, где поле скатывается в долину. Но в других инфляция будет продолжаться, создавая все больше и больше пространства вокруг каждой области, где заканчивается инфляция. Темп инфляции намного быстрее, чем даже максимальная скорость расширения заполненной материей и энергией Вселенной, поэтому в кратчайшие сроки участки инфляции захватывают все. Согласно механизмам, которые обеспечивают нас достаточной инфляцией для создания Вселенной, которую мы видим, нашу область пространства, где инфляция закончилась, окружает намного больше других областей — где инфляция продолжается или закончилась не сразу.

Инфляция продолжается бесконечно, несмотря на участки, где она завершилась

Именно здесь происходит явление, известное как вечная инфляция. Там, где заканчивается инфляция, рождается Большой Взрыв и Вселенная — вроде той, которую мы и наблюдаем — похожая на нашу собственную. Но там, где инфляция не заканчивается, рождается больше инфляционного пространства, которое дает рост другим регионам, в которых будут большие взрыва, отделенные от нашего, и другим регионам, в которых начинается инфляция.

Насколько большой является наша Вселенная, это лишь небольшая часть от всего, что есть на самом деле

Эта картина огромных вселенных, намного больших, чем скудная часть, которую мы в состоянии наблюдать, постоянно создаваемая раздувающимся пространством, — это и есть мультивселенная. Важно понимать, что мультивселенная не является научной теорией самой по себе. Она не делает прогнозов и наблюдаемых явлений, до которых мы можем дотянуться. Нет, мультивселенная сама по себе является теоретическим прогнозом, который вытекает из законов физики, которые мы вывели на сегодняшний день. Возможно, это даже неизбежное следствие этих законов: если взять инфляционную Вселенную, управляемую квантовой физикой, то получится вот это.

Возможно, наше понимание этого состояния, что было до Большого Взрыва, неправильное, и что наши представления об инфляции совершенно неверные. В таком случае существование множественных вселенных не будет окончательным следствием. Но предсказание вечной инфляции, содержащей бесчисленное число карманных вселенных, является прямым следствием наших лучших теорий, если они верны.

Что же такое мультивселенная, в таком случае? Она может выйти за пределы физики и стать первой физической мотивированной «метафизикой», с которой мы когда-либо сталкивались. Впервые мы понимаем границы того, чему может научить нас наша Вселенная. До тех пор мы можем предсказывать, но не сможем ни подтвердить, ни опровергнуть тот факт, что наша Вселенная является лишь одной небольшой частью более обширного царства: мультивселенной.