Вселенная за пределами Вселенной: существует ли мульти-вселенная?

Одним из супергероев, которому пришлось иметь дело с такими угрозами, является Доктор Стрэндж, которого играет Бенедикт Камбербэтч. В фильме «Доктор Стрэндж в измерениях безумия» (2022) киногерой блуждает между разными вселенными, сталкиваясь с разными версиями себя и сражается с силами, которые трудно понять.

Идея мультивселенной предполагает, что Вселенная в том виде, в котором мы её знаем, является лишь частью бесконечной сети вселенных. Если в прошлом эта идея была прерогативой фантастов и их буйной фантазии, то сегодня она стала серьёзным предметом исследований среди ведущих учёных и физиков.

Современные научные теории предполагают, что наша Вселенная может быть одной из множества других вселенных, каждая из которых может характеризоваться различными законами физики, различными измерениями и даже различными формами жизни. Такие учёные, как Стивен Хокинг и Андрей Линда, внесли большой вклад в развитие и распространение этих идей, и таким образом мультивселенная стала важной темой научных и философских исследований, но именно здесь и возникла проблема.

Чтобы теория считалась научной, она должна быть проверяемой экспериментом или наблюдением. Без такой возможности теория не может соответствовать правилам науки. Например, если кто-то утверждает, что в его доме есть невидимый и неосязаемый дракон, проверить это утверждение с помощью существующих научных инструментов будет невозможно, так же как трудно проверить идею мультивселенной с помощью инструментов, доступных нам сегодня. Если идея не поддаётся проверке, она не может считаться научной.

Так что же можно сделать? Доктор Саймон Фридрих объясняет в своей книге «Теории мультивселенной: философская перспектива», опубликованной Кембриджским университетом, что, хотя мы не можем наблюдать мультивселенную напрямую (т.е. мы не можем видеть или измерять другие вселенные), можно проверить различные теории, из которых вытекает существование мультивселенной, с помощью научных инструментов.

Если эти теории окажутся верными, они могут послужить косвенным доказательством обоснованности теории мультивселенной и укрепить её достоверность.

«Самое большее, на что мы можем надеяться, — объясняет доктор Фридрих, — это определить аспекты этих теорий, которые делают их проверяемыми с помощью наблюдений, ограниченных нашей Вселенной. Если эти тесты окажутся успешными, мы сможем косвенно сделать вывод о существовании и свойствах других вселенных, которые возникают из них, с разной степенью достоверенности».

Теории

В 1957 году физик Хью Эверетт предложил теорию, предполагающую существование мультивселенных, для решения проблемы в квантовой механики, которая также беспокоила Альберта Эйнштейна. В классической физике, ещё со времён Исаака Ньютона, всё определено и детерминировано: если вы знаете положение и силы, действующие на объект, вы можете точно предсказать, где он будет в будущем.

Но в квантовой механике, которая имеет дело с малыми частицами, всё не так. Они случайны. Невозможно точно предсказать положение частиц, таких как электроны и протоны. Только вероятность того, что они будут найдены в определённой точке, может составлять 50%. Эта случайность беспокоила Эйнштейна, который сказал: «Бог не играет в кости».

Эверетт предложил решение — «интерпретацию множества миров». Согласно этой идее, каждый раз, когда производится измерение частиц, все возможности существуют параллельно, но в отдельных мирах. То есть при поиске местоположения электрона он будет находиться в точке А в одной вселенной, а в точке В — в другой.

В каждой из вселенных также есть «копия» наблюдателя, который произвёл измерение, но каждый наблюдатель увидит результат только в своём собственном мире и не будет знать, что в параллельной вселенной был получен другой результат. Таким образом, каждый зритель будет думать, что реальность, которую он видит, единственная.

Другая идея, идущая с совершенно иного направления, возникла после того, как физик-теоретик доктор Брэндон Картер заметил в 1974 году, что для того, чтобы галактики, звезды и жизнь эволюционировали, должен существовать набор очень специфических условий. Например, если бы гравитация во Вселенной была немного сильнее (или слабее), то не развилось бы ни галактик, ни звёзд, ни жизни. Другим примером является электромагнитная сила — небольшое изменение её интенсивности могло бы нарушить стабильность сложных атомов, тем самым предотвратив образование важных для жизни веществ, таких как углерод, кислород и вода.

Поскольку вероятность появления таких точных значений кажется очень низкой, это вызывает вопросы о том, как всё произошло. Профессор Грант Льюис, астроном из Сиднейского университета в Австралии, предложил идею мультивселенной.

Согласно этой идее, многие другие вселенные развивались параллельно со вселенной, которую мы знаем, и каждая из них имела свои физические константы и законы физики. В каждой такой вселенной эволюция происходила в соответствии со своими законами и параметрами, а поскольку вселенных существует бесконечное множество, вполне вероятно, что в одной из них были именно те значения, которые позволяют жизни существовать.

Предпосылка такого сценария заключается в том, что в большинстве других вселенных, где существуют другие законы физики, жизнь не развивалась. Эти вселенные могли просуществовать всего несколько секунд или расшириться слишком быстро, так что в них не образовались галактики и звезды.

Ещё один научный вопрос, который привёл к идее мультивселенной, связан со структурой Вселенной. Согласно принятому на сегодняшний день космологическому принципу, Вселенная, которую мы видим — та, которую можно наблюдать с помощью телескопов, — более или менее однородна во всех направлениях, то есть материя распределена в ней равномерно. Но как сложилась такая ситуация? В 1980 году профессор Алан Гут из Корнельского университета предложил решение проблемы «инфляции».

По словам Гута и его коллег, вскоре после Большого взрыва Вселенная прошла через фазу ускоренного расширения со скоростью, превышающей скорость света. Наблюдаемая сегодня Вселенная начиналась с объёма, даже меньшего, чем у протона, и почти сразу же расширилась до размеров футбольного мяча.

С тех пор в течение 13,8 млрд лет Вселенная продолжала расширяться более медленными темпами, пока не достигла своих нынешних размеров. Расширение Вселенной иногда описывается как лист бумаги, растягивающийся во всех направлениях до тех пор, пока на нём не исчезнут морщины. Описание, которое объясняет, почему наша Вселенная выглядит такой однородной и гладкой.

Позднее на основе различных уравнений были выдвинуты гипотезы о том, что в некоторых регионах Вселенной эта инфляция могла не закончиться. Вот тут-то и появилась теория «вечной инфляции».

Если такая инфляция действительно существует, то вполне возможно, что некоторые части Вселенной остановят процесс инфляции, в то время как другие продолжат его, создавая таким образом отдельные пузыри во Вселенной.

По мнению сторонников этой идеи, такие пузыри могут образовываться в разных областях расширяющейся Вселенной, каждый из которых представляет собой отдельную Вселенную.

Что интересно в теории пузырьковых вселенных, это то, что там можно найти косвенные доказательства их существования. Профессор Хирания Пиерис из Кембриджского университета предлагает изучить «космическое фоновое излучение» — тип излучения, высвобождаемого в результате Большого взрыва, которое достигает нас со всех сторон Вселенной. Если в прошлом между вселенными и происходили столкновения, то они могли оставить «следы» в этом излучении, мы можем распознать их как небольшие изменения в определённых областях излучения.

В исследовании 2011 года профессор Пиерис и её коллеги обнаружили четыре такие области. Одна из них, получившая название «холодная точка», привлекла к себе много внимания. Это относительно большая область на небе (над южным полушарием), от которой космическое фоновое излучение имеет относительно низкую температуру.

Исследователи из Даремского университета предположили, что это может быть остатком столкновения между вселенными. По словам профессора Пьерриса, чтобы понять это наверняка, необходимо узнать больше о физике таких столкновений — важной области исследований в последние годы.

Множество скрытых измерений

Другие теории, поддерживающие существование мультивселенной, указывают на возможность существования вселенных в скрытых измерениях, которые близки к нам, но не видны человеческому глазу. Одной из ведущих теорий по этому вопросу является теория струн, которая была разработана во второй половине XX века.

Теория струн предлагает новый взгляд на элементарные частицы: вместо того, чтобы рассматривать их как крошечные, бессмысленные и безразмерные (длина, ширина и высота), она описывает их как вибрирующие «струны» с размерностью длины.

Теория струн использует сложную математику для объяснения колебаний этих струн и сил, действующих между ними. В какой-то момент основатели теории поняли, что для того, чтобы математика теории струн была корректной и могла описывать все известные нам силы и частицы, ей необходимо большее количество измерений.

Таким образом, теория предполагает, что наша Вселенная содержит больше измерений, чем мы знаем. Мы знаем три измерения (длину, ширину и высоту) и ещё одно измерение времени, вместе — четыре измерения. Но согласно теории струн, в нашей Вселенной существует, по крайней мере, десять измерений, шесть из которых настолько малы, что мы не можем их увидеть.

Чтобы понять, как выглядит такое крошечное измерение, можно представить себе длинную натянутую верёвку. Издалека верёвка выглядит как прямая тонкая линия, и если кто-то попытается ходить по ней, он сможет двигаться только в двух направлениях — вперёд или назад — а это значит, что верёвка выглядит так, как будто у неё одно измерение.

Но если мы присмотримся, например, с точки зрения муравья, который ползёт по верёвке, то увидим, что верёвка не только длинная, но и широкая, и муравей может передвигаться по ней не только вперёд и назад, но и вверх, вниз, и даже вокруг неё.

Точно так же дополнительные измерения, описываемые теорией струн, скрыты от нас, и когда мы смотрим на них издалека (относительно крошечного масштаба этого измерения), мы не можем их заметить.

Связь между теорией струн и идеей мультивселенной заключается в том, что в этих измерениях могут существовать и другие вещи, такие как энергии, частицы или даже целые вселенные, которые имеют другие законы физики. Мы не можем увидеть или почувствовать эти вселенные, потому что они существуют в измерениях, недоступных нашим чувствам, но математика теории струн предполагает, что они возможны.

Подводя итог, можно сказать, что для того, чтобы какая-либо из упомянутых теорий могла служить косвенным доказательством обоснованности теории мультивселенной и укреплять доверие к ней, она должна быть доказана сама собой, а мы пока не приблизились к такой ситуации.

Однако стоит помнить, что на протяжении всей истории было много теорий, которые не были приняты до тех пор, пока не были найдены доказательства их существования.

Например, чуть более 100 лет назад мы всё ещё не знали о существовании других галактик, пока Эдвин Хаббл в 1923 году не обнаружил, что Млечный Путь не является единственной галактикой. Кроме того, тысячелетиями люди верили, что Земля находится в центре Вселенной, и всё вращается вокруг неё, пока в XVI веке благодаря трудам Коперника, Кеплера и Галилея мы не поняли, что Солнце находится в центре нашей Солнечной системы, и планеты движутся вокруг него.

Только в последние годы учёные выдвинули гипотезу о том, что около 95% Вселенной состоит из «тёмной материи» и «тёмной энергии» — элементов, которые не поддаются непосредственному наблюдению и сильно отличаются от привычных нам материи и энергии. Чёрные дыры также не видны напрямую, однако были разработаны экспериментальные техники и методы, подтверждающие их существование.

Каждое из этих открытий показывает, что Вселенная намного сложнее, чем мы думали, и вполне возможно, что в будущем появятся доказательства теории мультивселенной или других теорий, которые углубят наше понимание природы Вселенной и природы за её пределами.