U paralelnim svemirima ljudi ili lažni. Naš svijet nije jedini: teorija paralelnih svemira. Ljudi su od pamtivijeka razmišljali o više svemira.

Hellenthalova teorija Zanimljiva je hipoteza o podrijetlu Rusa, koju je ove godine objavio oxfordski znanstvenik Garrett Gellenthal. Nakon što je dosta radio na proučavanju DNK raznih naroda, on i grupa znanstvenika sastavili su genetski atlas njihove migracije.

Sporovi i hipoteze o postojanju nama nepoznatih planeta blizanaca, paralelnih svemira, pa čak i galaksija, traju već desetljećima. Svi se oni temelje na teoriji vjerojatnosti bez uključivanja ideja moderne fizike. Posljednjih godina im je dodana ideja o postojanju supersvemira, temeljena na dokazanim teorijama - kvantnoj mehanici i teoriji relativnosti. Članak Maxa Tegmarka "Parallelni svemiri" iznosi hipotezu o strukturi navodnog supersvemira, teoretski uključujući četiri razine. Međutim, već u sljedećem desetljeću znanstvenici bi mogli imati pravu priliku dobiti nove podatke o svojstvima svemira i, sukladno tome, potvrditi ili opovrgnuti ovu hipotezu. Članak je objavljen u časopisu "U svijetu znanosti" (2003. br. 8).

Evolucija nam je pružila intuiciju o svakodnevnoj fizici koja je vitalna za naše daleke pretke; stoga, čim nadiđemo svakodnevicu, možemo očekivati ​​neobičnosti.

Najjednostavniji i najpopularniji kozmološki model predviđa da imamo blizanca u galaksiji udaljenoj oko 10 do 1028 metara. Udaljenost je tolika da je izvan dosega astronomskog promatranja, ali to ne čini našeg blizanca manje stvarnim. Pretpostavka se temelji na teoriji vjerojatnosti bez uključivanja ideja moderne fizike. Prihvaća se samo pretpostavka da je prostor beskonačan i ispunjen materijom. Može postojati mnogo naseljivih planeta, uključujući i one na kojima ljudi žive s istim izgledom, istim imenima i sjećanjima, koji su prošli kroz iste životne uspone i padove kao i mi.

Ali nikada nećemo moći vidjeti svoje druge živote. Najdalja udaljenost koju možemo vidjeti je ona koju svjetlost može prijeći u 14 milijardi godina od Velikog praska. Udaljenost između najudaljenijih vidljivih objekata od nas je oko 431026 m; određuje područje svemira dostupno za promatranje, nazvano Hubbleov volumen, ili volumen kozmičkog horizonta, ili jednostavno Svemir. Svemiri naših blizanaca sfere su iste veličine sa središtem na njihovim planetima. Ovo je najjednostavniji primjer paralelnih svemira, od kojih je svaki samo mali dio supersvemira.

Sama definicija "svemira" sugerira da će zauvijek ostati u polju metafizike. Međutim, granica između fizike i metafizike određena je mogućnošću eksperimentalne provjere teorija, a ne postojanjem neuočljivih objekata. Granice fizike se neprestano šire, uključujući sve apstraktnije (i ranije metafizičke) ideje, kao što su sferna Zemlja, nevidljiva elektromagnetska polja, dilatacija vremena pri velikim brzinama, superpozicija kvantnih stanja, zakrivljenost prostora i crne rupe. Posljednjih godina ovom je popisu dodana ideja o supersvemiru. Temelji se na dokazanim teorijama – kvantnoj mehanici i teoriji relativnosti – i zadovoljava oba osnovna kriterija empirijske znanosti: može biti predvidljiva i može se opovrgnuti. Znanstvenici razmatraju četiri tipa paralelnih svemira. Glavno pitanje nije postoji li supersvemir, već koliko razina može imati.

Razina I

Izvan našeg kozmičkog horizonta

Paralelni svemiri naših kolega čine prvu razinu nadsvemira. Ovo je najmanje kontroverzna vrsta. Svi prepoznajemo postojanje stvari koje ne možemo vidjeti, ali bismo ih mogli vidjeti ako se preselimo na drugo mjesto ili jednostavno čekamo, dok čekamo pojavu broda s horizonta. Objekti izvan našeg kozmičkog horizonta imaju sličan status. Veličina vidljive regije svemira povećava se za jednu svjetlosnu godinu svake godine kako svjetlost dopire do nas iz sve udaljenijih područja, iza kojih se krije beskonačnost koju tek treba vidjeti. Vjerojatno ćemo umrijeti mnogo prije nego što naši blizanci budu na vidiku, ali ako proširenje svemira pomogne, naši će ih potomci moći vidjeti s dovoljno snažnim teleskopima.

Razina I supersvemira izgleda trivijalno očita. Kako prostor ne može biti beskonačan? Ima li negdje znak koji glasi „Pazi! Kraj svemira? Ako postoji kraj prostora, što je izvan njega? Međutim, Einsteinova teorija gravitacije dovela je ovu intuiciju u pitanje. Prostor može biti konačan ako ima pozitivnu zakrivljenost ili neobičnu topologiju. Sferni, toroidni ili "perec" svemir može imati konačan volumen bez granica. Pozadinsko kozmičko mikrovalno zračenje omogućuje testiranje postojanja takvih struktura. Međutim, činjenice i dalje govore protiv njih. Model beskonačnog svemira odgovara podacima, a na sve druge opcije nameću se stroga ograničenja.

Druga opcija je sljedeća: prostor je beskonačan, ali materija je koncentrirana u ograničenom području oko nas. U jednoj verziji nekada popularnog modela "otočkog svemira", pretpostavlja se da je materija u velikim razmjerima razrijeđena i da ima fraktalnu strukturu. U oba slučaja, gotovo svi svemiri u supersvemiru razine I moraju biti prazni i beživotni. Nedavne studije trodimenzionalne raspodjele galaksija i pozadinskog (reliktnog) zračenja pokazale su da raspodjela materije ima tendenciju da bude ujednačena na velikim razmjerima i da ne tvori strukture veće od 1024 m. Ako se ovaj trend nastavi, tada će prostor izvan Svemir koji se može promatrati trebao bi biti prepun galaksija, zvijezda i planeta.

Za promatrače u paralelnim svemirima prve razine vrijede isti zakoni fizike kao i za nas, ali pod različitim početnim uvjetima. Prema modernim teorijama, procesi koji su se odvijali u početnim fazama Velikog praska nasumično su raspršili materiju, tako da je postojala mogućnost bilo kakvih struktura.

Kozmolozi prihvaćaju da je naš Svemir s gotovo ujednačenom raspodjelom materije i početnim fluktuacijama gustoće reda 1/105 prilično tipičan (barem među onima u kojima postoje promatrači). Procjene temeljene na ovoj pretpostavci pokazuju da je vaša najbliža replika na udaljenosti od 10 na potenciju od 1028 m. Na udaljenosti od 10 na potenciju od 1092 m trebala bi postojati kugla polumjera 100 svjetlosnih godina, identična jedan u čijem se središtu nalazimo; tako da će sve što vidimo u sljedećem stoljeću vidjeti naši kolege koji su tamo. Na udaljenosti od oko 10 do snage 10118 m od nas trebao bi se nalaziti Hubbleov volumen identičan našem. Ove procjene se izvode prebrojavanjem mogućeg broja kvantnih stanja koje Hubbleov volumen može imati ako njegova temperatura ne prelazi 108 K. Broj stanja može se procijeniti pitanjem: koliko protona može zadržati Hubbleov volumen s takvom temperaturom? Odgovor je 10118. Međutim, svaki proton može biti prisutan ili odsutan, dajući 2 na snagu 10118 mogućih konfiguracija. "Kutija" koja sadrži toliko Hubble svezaka pokriva sve mogućnosti. Njegova veličina je 10 na potenciju od 10118 m. Iznad nje, svemiri, uključujući i naš, moraju se ponoviti. Približno iste brojke mogu se dobiti na temelju termodinamičkih ili kvantnih gravitacijskih procjena općeg informacijskog sadržaja Svemira.

Međutim, naš najbliži blizanac vjerojatno će nam biti bliži nego što daju ove procjene, budući da proces formiranja planeta i evolucija života tome idu u prilog. Astronomi vjeruju da naš Hubbleov volumen sadrži najmanje 1020 nastanjivih planeta, od kojih neki mogu biti slični Zemlji.

U modernoj kozmologiji, koncept supersvemira razine I naširoko se koristi za testiranje teorije. Razmotrite kako kozmolozi koriste CMB da odbace model konačne sferne geometrije. Topla i hladna "točka" na CMB kartama imaju karakterističnu veličinu koja ovisi o zakrivljenosti prostora. Dakle, veličina promatranih mrlja premala je da bi bila u skladu sa sfernom geometrijom. Njihova prosječna veličina varira nasumično od jednog Hubbleovog volumena do drugog, pa je moguće da je naš Svemir sferičan, ali ima anomalno male mrlje. Kada kozmolozi kažu da isključuju sferni model na razini pouzdanosti od 99,9%, oni misle da ako je model točan, onda će manje od jednog Hubbleovog volumena na tisuću imati mrlje tako male kao one koje se promatraju. Iz toga slijedi da je teorija supersvemira provjerljiva i da se može odbaciti, iako ne možemo vidjeti druge svemire. Glavna stvar je predvidjeti kakav je ansambl paralelnih svemira i pronaći distribuciju vjerojatnosti, odnosno ono što matematičari nazivaju mjerom ansambla. Naš svemir mora biti jedan od najvjerojatnijih. Ako ne, ako se pokaže da je naš svemir malo vjerojatan u okviru teorije supersvemira, tada će ova teorija naići na poteškoće. Kao što ćemo kasnije vidjeti, problem mjere može postati prilično akutan.

Razina II

Ostale postinflatorne domene

Ako vam je bilo teško zamisliti supersvemir razine I, pokušajte zamisliti beskonačan broj takvih supersvemira, od kojih neki imaju različitu prostorno-vremensku dimenziju i karakteriziraju ih različite fizičke konstante. Zajedno čine nadsvemir II razine predviđene teorijom kaotične trajne inflacije.

Teorija inflacije je generalizacija teorije Velikog praska, koja omogućuje otklanjanje nedostataka potonjeg, na primjer, nemogućnost objašnjenja zašto je Svemir tako velik, homogen i ravan. Brzo širenje svemira u antičko doba omogućuje objašnjenje ovih i mnogih drugih svojstava Svemira. Takvo rastezanje predviđa široka klasa teorija elementarnih čestica, a svi dostupni dokazi to podržavaju. Izraz "kaotični perpetual" u odnosu na inflaciju ukazuje na ono što se događa u najvećoj mjeri. Općenito, prostor se stalno širi, ali na nekim područjima širenje prestaje, a pojavljuju se pojedine domene, poput grožđica u dizanom tijestu. Pojavljuje se beskonačan broj takvih domena, a svaka od njih služi kao klica supersvemira razine I, ispunjena materijom, rođenom iz energije polja koje proizvodi inflaciju.

Susjedne domene su više nego beskonačno udaljene od nas, u smislu da ih ne možemo dosegnuti čak i ako se vječno krećemo brzinom svjetlosti, budući da se prostor između naše i susjednih domena proteže brže nego što se u njemu možete kretati. Naši potomci nikada neće vidjeti svoje kolege s druge razine. A ako se širenje svemira ubrzava, kao što pokazuju opažanja, onda nikada neće vidjeti svoje kolege čak ni na razini I.

Supersvemir razine II mnogo je raznolikiji od supersvemira razine I. Domene se razlikuju ne samo po svojim početnim uvjetima, već i po svojim temeljnim svojstvima. Među fizičarima prevladava mišljenje da dimenzija prostora-vremena, svojstva elementarnih čestica i mnoge takozvane fizikalne konstante nisu ugrađene u fizikalne zakone, već su rezultat procesa poznatih kao kršenje simetrije. Vjeruje se da je prostor u našem svemiru nekada imao devet jednakih dimenzija. Na početku kozmičke povijesti, njih tri su sudjelovale u ekspanziji i postale tri dimenzije koje karakteriziraju današnji Svemir. Preostalih šest se sada ne može otkriti, bilo zato što su ostali mikroskopski, zadržavši toroidalnu topologiju, ili zato što je sva materija koncentrirana na trodimenzionalnoj površini (membrani ili samo brani) u devetodimenzionalnom prostoru. Time je narušena izvorna simetrija mjerenja. Kvantne fluktuacije, koje uzrokuju kaotičnu inflaciju, mogu uzrokovati različite narušavanje simetrije u različitim špiljama. Neki bi mogli postati četverodimenzionalni; drugi sadrže samo dvije, a ne tri generacije kvarkova; i još drugi, da imaju jaču kozmološku konstantu od našeg svemira.

Drugi način za nastanak supersvemira razine II može se predstaviti kao ciklus rađanja i razaranja svemira. Tridesetih godina prošlog stoljeća fizičar Richard C. Tolman predložio je ovu ideju, a nedavno su je dodatno razvili Paul J. Steinhardt sa Sveučilišta Princeton i Neil Turok sa Sveučilišta Cambridge. Steinhardtov i Turokov model predviđa drugu trodimenzionalnu branu koja je savršeno paralelna s našom i samo pomaknuta u odnosu na nju u višoj dimenziji. Ovaj paralelni svemir ne može se smatrati odvojenim, budući da je u interakciji s našim. Međutim, cjelina svemira – prošlosti, sadašnjosti i budućnosti – koju tvore ove brane je supersvemir s različitošću koja je, čini se, bliska onoj koja je rezultat kaotične inflacije. Još jednu hipotezu o supersvemiru predložio je fizičar Lee Smolin s Instituta Perimeter u Waterloou (Ontario, Kanada). Njegov je supersvemir po raznolikosti blizu razine II, ali mutira i rađa nove svemire kroz crne rupe, a ne brane.

Iako ne možemo komunicirati s paralelnim svemirima razine II, kozmolozi o njihovom postojanju sude na temelju neizravnih dokaza, budući da oni mogu biti uzrok čudnih podudarnosti u našem svemiru. Na primjer, u hotelu vam daju sobu 1967, a napomenete da ste rođeni 1967. “Kakva slučajnost”, kažete. Međutim, nakon razmišljanja, dođite do zaključka da to i nije toliko iznenađujuće. U hotelu ima na stotine soba i ne bi vam palo na pamet ni o čemu razmišljati da vam se ponudi soba koja vam ništa ne znači. Ako ne znate ništa o hotelima, onda biste mogli pretpostaviti da u hotelu postoje druge sobe koje objašnjavaju ovu slučajnost.

Kao bliži primjer, razmotrite masu Sunca. Kao što znate, sjaj zvijezde je određen njezinom masom. Koristeći zakone fizike, možemo izračunati da život na Zemlji može postojati samo ako masa Sunca leži u rasponu: od 1,6x1030 do 2,4x1030 kg. Inače bi klima na Zemlji bila hladnija od Marsa ili toplija od Venere. Mjerenja mase Sunca dala su vrijednost od 2,0x1030 kg. Na prvi pogled, Sunčeva masa pada u raspon vrijednosti koji osigurava da je život na Zemlji slučajan.

Mase zvijezda zauzimaju raspon od 1029 do 1032 kg; ako bi Sunce slučajno steklo svoju masu, onda bi šansa da padne u optimalni interval za našu biosferu bila iznimno mala.

Očigledna podudarnost može se objasniti pretpostavkom postojanja ansambla (u ovom slučaju mnogih planetarnih sustava) i faktora selekcije (naš planet mora biti nastanjen). Takvi kriteriji odabira koji se odnose na promatrača nazivaju se antropskim; i premda njihovo spominjanje obično izaziva kontroverze, ipak se većina fizičara slaže da se ti kriteriji ne smiju zanemariti pri odabiru temeljnih teorija.

A kakve veze imaju svi ti primjeri s paralelnim svemirima? Ispostavilo se da mala promjena u fizičkim konstantama određena kršenjem simetrije dovodi do kvalitativno drugačijeg svemira – onog u kojem ne bismo mogli postojati. Kada bi masa protona bila samo 0,2% veća, protoni bi se raspadali u neutrone, čineći atome nestabilnima. Kad bi sile elektromagnetske interakcije bile slabije za 4%, ne bi bilo vodika i običnih zvijezda. Da je slaba sila još slabija, ne bi bilo vodika; a da je jača, supernove ne bi mogle ispuniti međuzvjezdani prostor teškim elementima. Da je kozmološka konstanta osjetno veća, svemir bi se nevjerojatno povećao prije nego što su se galaksije uopće mogle formirati.

Navedeni primjeri nam omogućuju da očekujemo postojanje paralelnih svemira s drugim vrijednostima fizičkih konstanti. Teorija supersvemira druge razine predviđa da fizičari nikada neće moći zaključiti vrijednosti ovih konstanti iz temeljnih principa, već mogu samo izračunati distribuciju vjerojatnosti različitih skupova konstanti u ukupnosti svih svemira. U ovom slučaju, rezultat mora biti u skladu s našim postojanjem u jednom od njih.

Razina III

Kvantni skup svemira

Supersvemiri razine I i II sadrže paralelne svemire, izuzetno udaljene od nas izvan granica astronomije. Međutim, sljedeća razina supersvemira leži upravo oko nas. Ona proizlazi iz poznate i vrlo kontroverzne interpretacije kvantne mehanike, ideje da nasumični kvantni procesi uzrokuju da se svemir "množi" u više kopija samog sebe, po jednu za svaki mogući ishod procesa.

Početkom dvadesetog stoljeća. kvantna mehanika objasnila je prirodu atomskog svijeta, koji se nije pokoravao zakonima klasične Newtonove mehanike. Unatoč očitim uspjesima, među fizičarima se vodila žestoka rasprava o tome što je pravo značenje nove teorije. Ona određuje stanje svemira ne u takvim konceptima klasične mehanike kao što su položaji i brzine svih čestica, već kroz matematički objekt koji se naziva valna funkcija. Prema Schrödingerovoj jednadžbi, ovo stanje se mijenja tijekom vremena na način koji matematičari definiraju pojmom "jedinstveno". To znači da se valna funkcija rotira u apstraktnom beskonačno-dimenzionalnom prostoru koji se naziva Hilbertov prostor. Iako se kvantna mehanika često definira kao u osnovi slučajna i neodređena, valna funkcija se razvija na prilično deterministički način. U njoj nema ništa slučajno ili neizvjesno.

Najteži dio je povezati valnu funkciju s onim što promatramo. Mnoge valjane valne funkcije odgovaraju neprirodnim situacijama poput one u kojoj je mačka i mrtva i živa u takozvanoj superpoziciji. U 20-im godinama. 20. stoljeće fizičari zaobilaze ovu neobičnost postulirajući da se valna funkcija urušava do nekog određenog klasičnog ishoda kada netko napravi promatranje. Taj je dodatak omogućio objašnjenje rezultata promatranja, ali je elegantnu unitarnu teoriju pretvorio u traljavu, a ne unitarnu. Temeljna slučajnost, koja se obično pripisuje kvantnoj mehanici, posljedica je upravo ovog postulata.

S vremenom su fizičari napustili ovo gledište u korist drugog, kojeg je 1957. predložio diplomac Sveučilišta Princeton Hugh Everett III. Pokazao je da je moguće bez postulata kolapsa. Čista kvantna teorija ne nameće nikakva ograničenja. Iako predviđa da će se jedna klasična stvarnost postupno podijeliti u superpoziciju nekoliko takvih stvarnosti, promatrač subjektivno percipira to cijepanje kao samo blagu slučajnost s distribucijom vjerojatnosti koja je potpuno ista kao ona koju daje stari postulat kolapsa. Ova superpozicija klasičnih svemira je supersvemir razine III.

Više od četrdeset godina ovo tumačenje zbunjuje znanstvenike. Međutim, fizikalnu teoriju lakše je razumjeti usporedbom dvaju gledišta: vanjskog, s pozicije fizičara koji proučava matematičke jednadžbe (poput ptice koja promatra krajolik s visine svog leta); i unutarnje, iz pozicije promatrača (nazovimo ga žaba) koji živi u krajoliku kojeg previđa ptica.

Sa stajališta ptice, supersvemir razine III je jednostavan. Postoji samo jedna valna funkcija koja se glatko razvija u vremenu bez cijepanja i paralelizma. Apstraktni kvantni svijet, opisan valnom funkcijom koja se razvija, sadrži ogroman broj kontinuirano cijepajućih i stapajućih linija paralelnih klasičnih povijesti, kao i niz kvantnih fenomena koji se ne mogu opisati unutar okvira klasičnih koncepata. Ali sa stajališta žabe, može se vidjeti samo mali dio ove stvarnosti. Ona može vidjeti svemir razine I, ali proces dekoherencije sličan kolapsu valne funkcije, ali uz očuvanu unitarnost, sprječava je da vidi paralelne kopije sebe na razini III.

Kada se promatraču postavi pitanje na koje mora brzo odgovoriti, kvantni učinak u njegovom mozgu dovodi do superpozicije odluka poput "nastavi čitati članak" i "prestani čitati članak". S ptičjeg stajališta, čin donošenja odluke uzrokuje da se osoba umnožava u kopije, od kojih neke nastavljaju čitati, dok druge prestaju čitati. No, s unutarnje točke gledišta, niti jedan od dvojnika nije svjestan postojanja ostalih i razlaz doživljava jednostavno kao blagu nesigurnost, nekakvu mogućnost nastavka ili prestanka čitanja.

Koliko god čudno izgledalo, ista se situacija događa čak iu supersvemiru razine I. Očito ste odlučili nastaviti čitati, ali jedan od vaših kolega u dalekoj galaksiji spustio je časopis nakon prvog odlomka. Razine I i III razlikuju se samo po tome gdje se nalaze vaši kolege. Na razini I žive negdje daleko, u dobrom starom trodimenzionalnom prostoru, a na razini III žive na drugoj kvantnoj grani beskonačno-dimenzionalnog Hilbertovog prostora.

Postojanje razine III moguće je samo pod uvjetom da je evolucija valne funkcije u vremenu unitarna. Do sada eksperimenti nisu otkrili njezina odstupanja od unitarnosti. Posljednjih desetljeća potvrđeno je za sve veće sustave, uključujući C60 fuleren i kilometarska optička vlakna. Teoretski, tvrdnja o unitarnosti bila je pojačana otkrićem kršenja koherencije. Neki teoretičari koji rade na polju kvantne gravitacije to dovode u pitanje. Konkretno, pretpostavlja se da isparavanje crnih rupa može uništiti informacije, a to nije jedinstven proces. Međutim, nedavni napredak u teoriji struna sugerira da je čak i kvantna gravitacija unitarna.

Ako je tako, onda crne rupe ne uništavaju informacije, već ih jednostavno negdje prenose. Ako je fizika jedinstvena, standardna slika utjecaja kvantnih fluktuacija u početnim fazama Velikog praska mora se promijeniti. Ove fluktuacije ne određuju nasumično superpoziciju svih mogućih početnih uvjeta koji koegzistiraju istovremeno. U ovom slučaju, narušavanje koherencije čini da se početni uvjeti ponašaju na klasičan način na različitim kvantnim granama. Ključna stvar je da je raspodjela ishoda u različitim kvantnim granama jednog Hubbleovog volumena (razina III) identična raspodjeli ishoda u različitim Hubbleovim volumenima jedne kvantne grane (razina I). Ovo svojstvo kvantnih fluktuacija poznato je u statističkoj mehanici kao ergodičnost.

Isto razmišljanje vrijedi i za razinu II. Proces narušavanja simetrije ne dovodi do jednog ishoda, već do superpozicije svih ishoda koji se brzo razilaze u svoje odvojene puteve. Dakle, ako fizičke konstante, dimenzija prostor-vrijeme, itd. mogu se razlikovati u paralelnim kvantnim granama na razini III, također će se razlikovati u paralelnim svemirima na razini II.

Drugim riječima, supersvemir razine III ne dodaje ništa novo onome što je dostupno na razinama I i II, samo više kopija istih svemira - iste povijesne linije razvijaju se uvijek iznova na različitim kvantnim granama. Čini se da će se žestoka kontroverza oko Everettove teorije ubrzo smiriti kao rezultat otkrića jednako grandioznih, ali manje spornih supersvemira razine I i II.

Primjena ovih ideja je duboka. Na primjer, takvo pitanje: postoji li eksponencijalno povećanje broja svemira tijekom vremena? Odgovor je neočekivan: ne. S ptičjeg stajališta, postoji samo jedan kvantni svemir. A koliki je broj odvojenih svemira u ovom trenutku za žabu? Ovo je broj izrazito različitih Hubbleovih svezaka. Razlike mogu biti male: zamislite da se planeti kreću u različitim smjerovima, zamislite da ste u braku s nekim drugim itd. Na kvantnoj razini postoji 10 na potenciju od 10118 svemira s temperaturama ne većim od 108 K. Broj je gigantski, ali konačan.

Za žabu, evolucija valne funkcije odgovara beskonačnom kretanju od jednog od ovih 10 stanja do stupnja 10118 u drugo. Sada ste u svemiru A, gdje čitate ovu rečenicu. A sada ste već u svemiru B, gdje čitate sljedeću rečenicu. Drugim riječima, postoji promatrač u B koji je identičan promatraču u svemiru A, s jedinom razlikom što ima dodatna sjećanja. U svakom trenutku postoje sva moguća stanja, tako da se vrijeme može dogoditi pred očima promatrača. Ovu ideju izrazio je u svom znanstvenofantastičnom romanu Permutation City iz 1994. pisac Greg Egan, a razvio fizičar David Deutsch sa Sveučilišta Oxford, nezavisni fizičar Julian Barbour i drugi. Vidimo da ideja supersvemira može igrati ključnu ulogu u razumijevanje prirode vremena.

Razina IV

Druge matematičke strukture

Početni uvjeti i fizičke konstante u supersvemirskim razinama I, II i III mogu se razlikovati, ali temeljni zakoni fizike su isti. Zašto smo tu stali? Zašto se sami fizički zakoni ne mogu razlikovati? Što kažete na svemir koji poštuje klasične zakone bez ikakvih relativističkih učinaka? Što kažete na kretanje vremena u diskretnim koracima, kao u računalu?

Što je sa svemirom kao praznim dodekaedrom? U nadsvemiru razine IV, sve ove alternative postoje.

Da takav nadsvemir nije apsurdan, svjedoči korespondencija svijeta apstraktnog razmišljanja s našim stvarnim svijetom. Jednadžbe i drugi matematički koncepti i strukture - brojevi, vektori, geometrijski objekti - opisuju stvarnost s nevjerojatnom vjerodostojnošću. Obrnuto, mi percipiramo matematičke strukture kao stvarne. Da, zadovoljavaju temeljni kriterij stvarnosti: isti su za sve koji ih proučavaju. Teorem će biti istinit bez obzira tko ga je dokazao - osoba, računalo ili inteligentni dupin. Druge će znatiželjne civilizacije pronaći iste matematičke strukture koje poznajemo. Stoga matematičari kažu da ne stvaraju, već otkrivaju matematičke objekte.

Postoje dvije logične, ali dijametralno suprotne paradigme korelacije između matematike i fizike, koje su nastale u antičko doba. Prema Aristotelovoj paradigmi, fizička stvarnost je primarna, a matematički jezik je samo zgodna aproksimacija. U okviru Platonove paradigme, matematičke strukture su one koje su uistinu stvarne, a promatrači ih percipiraju nesavršeno. Drugim riječima, ove se paradigme razlikuju po razumijevanju onoga što je primarno – žablje stajalište promatrača (Aristotelova paradigma) ili ptičjeg pogleda s visine zakona fizike (Platonovo gledište).

Aristotelova paradigma je način na koji smo percipirali svijet od ranog djetinjstva, mnogo prije nego što smo prvi put čuli za matematiku. Platonovo gledište je stečeno znanje. Suvremeni teoretski fizičari naginju tome, sugerirajući da matematika dobro opisuje svemir upravo zato što je svemir matematičke prirode. Tada se sva fizika svodi na rješavanje matematičkog problema, a beskrajno pametan matematičar može samo izračunati sliku svijeta na temelju temeljnih zakona na razini žabe, t.j. otkriti koji promatrači postoje u svemiru, što percipiraju i koje su jezike izmislili da prenesu svoju percepciju.

Matematička struktura je apstrakcija, nepromjenjivi entitet izvan vremena i prostora. Da je priča film, onda bi matematička struktura odgovarala ne jednom kadru, već filmu u cjelini. Uzmimo za primjer svijet koji se sastoji od čestica nulte veličine raspoređenih u trodimenzionalnom prostoru. S ptičjeg stajališta, u četverodimenzionalnom prostoru-vremenu, putanje čestica su špageti. Ako žaba vidi čestice koje se kreću konstantnom brzinom, onda ptica vidi hrpu ravnih, nekuhanih špageta. Ako žaba vidi dvije čestice kako kruže, onda ptica vidi dva "špageta" uvijena u dvostruku spiralu. Za žabu je svijet opisan Newtonovim zakonima gibanja i gravitacije, za pticu - geometrijom "špageta", t.j. matematička struktura. Sama žaba za nju je njihova debela kugla, čije složeno preplitanje odgovara skupini čestica koje pohranjuju i obrađuju informacije. Naš je svijet kompliciraniji od ovog primjera, a znanstvenici ne znaju kojoj od matematičkih struktura on odgovara.

Platonova paradigma sadrži pitanje: zašto je naš svijet takav kakav jest? Za Aristotela je ovo besmisleno pitanje: svijet postoji, i tako je! Ali Platonove sljedbenike zanima: može li naš svijet biti drugačiji? Ako je svemir u biti matematički, zašto se onda temelji samo na jednoj od mnogih matematičkih struktura? Čini se da postoji temeljna asimetrija u samoj srži prirode.Da bih riješio zagonetku, sugerirao sam da matematička simetrija postoji: da su sve matematičke strukture fizički ostvarive i svaka od njih odgovara paralelnom svemiru. Elementi ovog nadsvemira nisu u istom prostoru, već postoje izvan vremena i prostora. Većina njih vjerojatno nema promatrače. Hipoteza se može promatrati kao ekstremni platonizam, koji navodi da matematičke strukture platonskog svijeta ideja, ili "mentalni krajolik" matematičara sa Sveučilišta San Jose Rudyja Ruckera, postoje u fizičkom smislu. To je slično onome što je kozmolog John D. Barrow sa Sveučilišta Cambridge nazvao "p na nebu", filozof Robert Nozick sa Sveučilišta Harvard opisao je kao "princip plodnosti", a filozof David K. Lewis sa Sveučilišta Princeton nazvao " modalna stvarnost". Razina IV zatvara hijerarhiju supersvemira, budući da se svaka samodosljedna fizikalna teorija može izraziti u obliku neke matematičke strukture.

Hipoteza o supersvemiru razine IV dopušta nekoliko provjerljivih predviđanja. Kao i na razini II, uključuje ansambl (u ovom slučaju ukupnost svih matematičkih struktura) i efekte selekcije. U klasificiranju matematičkih struktura, znanstvenici bi trebali primijetiti da je struktura koja opisuje naš svijet najopćenitija od onih koje su u skladu s opažanjima. Stoga bi rezultati naših budućih promatranja trebali postati najopćenitiji od onih koji se slažu s podacima prethodnih studija, a podaci prethodnih studija najopćenitiji od onih koji su općenito kompatibilni s našim postojanjem.

Procjena stupnja općenitosti nije lak zadatak. Jedna od upečatljivih i ohrabrujućih značajki matematičkih struktura je da su svojstva simetrije i nepromjenjivosti koja čine naš svemir jednostavnim i uređenim obično uobičajena. Matematičke strukture obično imaju ta svojstva prema zadanim postavkama, a njihovo uklanjanje zahtijeva uvođenje složenih aksioma.

Što je rekao Occam?

Dakle, teorije paralelnih svemira imaju četiri razine hijerarhije, gdje na svakoj sljedećoj razini svemiri sve manje podsjećaju na naš. Mogu se karakterizirati različitim početnim uvjetima (razina I), fizikalnim konstantama i česticama (razina II) ili fizikalnim zakonima (razina IV). Smiješno je da je razina III bila najviše kritizirana posljednjih desetljeća kao jedina koja ne uvodi kvalitativno nove tipove svemira. U idućem desetljeću detaljna mjerenja CMB-a i distribucije materije velikih razmjera u svemiru omogućit će nam točnije određivanje zakrivljenosti i topologije prostora te potvrditi ili opovrgnuti postojanje razine I. Isti podaci omogućit će nam dobiti informacije o razini II testiranjem teorije kaotične vječne inflacije. Napredak u astrofizici i fizici čestica visokih energija pomoći će u preciziranju stupnja finog podešavanja fizičkih konstanti, jačanju ili slabljenju pozicija na razini II. Ako pokušaji stvaranja kvantnog računala budu uspješni, postojat će dodatni argument u prilog postojanju razine III, budući da će se paralelizam te razine koristiti za paralelno računanje. Eksperimentatori također traže dokaze o kršenju unitarnosti, što će nam omogućiti da odbacimo hipotezu o postojanju razine III. Konačno, uspjeh ili neuspjeh pokušaja rješavanja glavnog problema moderne fizike - kombiniranja opće relativnosti s kvantnom teorijom polja - dat će odgovor na pitanje o razini IV. Ili će se pronaći matematička struktura koja točno opisuje naš svemir, ili ćemo doći do granice nevjerojatne učinkovitosti matematike i biti prisiljeni napustiti hipotezu IV.

Dakle, je li moguće vjerovati u paralelne svemire? Glavni argumenti protiv njihovog postojanja svode se na činjenicu da je previše rasipnički i neshvatljiv. Prvi argument je da su teorije supersvemira ranjive na Occamovu britvu jer postuliraju postojanje drugih svemira koje nikada nećemo vidjeti. Zašto bi priroda trebala biti toliko rasipna i "zabavljati" se stvaranjem beskonačnog broja različitih svjetova? Međutim, ovaj se argument može obrnuti u korist postojanja supersvemira. Što je zapravo rasipna priroda? Sigurno ne u prostoru, masi ili broju atoma: već ih je na razini I beskonačan broj, u čije postojanje nema sumnje, pa nema smisla brinuti se da će priroda potrošiti još neke od njih. Pravi problem je očito smanjenje jednostavnosti. Skeptici brinu o dodatnim informacijama potrebnim za opisivanje nevidljivih svjetova.

Međutim, cijeli ansambl je često jednostavniji od svakog svog člana. Informacijski volumen brojevnog algoritma je, grubo govoreći, duljina, izražena u bitovima, najkraćeg računalnog programa koji generira ovaj broj. Uzmimo za primjer skup svih cijelih brojeva. Što je jednostavnije - cijeli skup ili jedan broj? Na prvi pogled - drugi. Međutim, prvi se može izgraditi s vrlo jednostavnim programom, a jedan broj može biti izuzetno dug. Stoga se cijeli skup pokazuje jednostavnijim.

Slično, skup svih rješenja Einsteinovih jednadžbi za polje jednostavniji je od bilo kojeg određenog rješenja - prvo se sastoji od samo nekoliko jednadžbi, a drugo zahtijeva ogromnu količinu početnih podataka za specificiranje na nekoj hiperpovršini. Dakle, složenost se povećava kada se usredotočimo na jedan element ansambla, gubeći simetriju i jednostavnost svojstvenu ukupnosti svih elemenata.

U tom smislu, supersvemiri viših razina su jednostavniji. Prijelaz iz našeg svemira u supersvemir razine I eliminira potrebu za postavljanjem početnih uvjeta. Daljnji prijelaz na razinu II eliminira potrebu za specificiranjem fizičkih konstanti, a na razini IV uopće ništa ne treba specificirati. Pretjerana složenost je samo subjektivna percepcija, stajalište žabe. A iz perspektive ptice, ovaj supersvemir teško da može biti jednostavniji. Prigovori na nerazumljivost su estetske, a ne znanstvene prirode i opravdani su samo u aristotelovskom svjetonazoru. Kada postavljamo pitanje o prirodi stvarnosti, ne bismo li trebali očekivati ​​odgovor koji se može činiti čudnim?

Zajedničko obilježje sve četiri razine supersvemira je da najjednostavnija i možda najelegantnija teorija uključuje paralelne svemire prema zadanim postavkama. Da bi se odbacilo njihovo postojanje, potrebno je zakomplicirati teoriju dodavanjem procesa koji nisu potvrđeni eksperimentom i za to izmišljenih postulata - o konačnosti prostora, kolapsu valne funkcije i ontološkoj asimetriji. Naš izbor se svodi na ono što se smatra rasipničkijim i neelegantivnijim - puno riječi ili puno svemira. Možda ćemo se s vremenom naviknuti na neobičnosti našeg kozmosa i njegovu neobičnost smatrati šarmantnom.

Paralelni svemiri - je li teorija ili stvarnost? Mnogi fizičari pokušavaju riješiti ovaj problem više od godinu dana.

Postoje li paralelni svemiri?

Je li naš svemir jedan od mnogih? Ideja o paralelnim svemirima, koja se prije pripisivala isključivo znanstvenoj fantastici, danas postaje sve više poštovana među znanstvenicima - barem među fizičarima, koji obično svaku ideju guraju do samih granica onoga što se uopće može pretpostaviti. Zapravo, postoji ogroman broj potencijalnih paralelnih svemira. Fizičari su predložili nekoliko mogućih oblika "multiverzuma", od kojih je svaki moguć prema nekom aspektu zakona fizike. Problem, koji proizlazi izravno iz same definicije, je u tome što ljudi nikada neće moći posjetiti ove svemire kako bi potvrdili njihovo postojanje. Stoga se postavlja pitanje kako provjeriti postojanje paralelnih svemira koji se ne mogu vidjeti niti dodirnuti drugim metodama?

Rođenje ideje

Pretpostavlja se da barem neke od ovih svemira nastanjuju ljudski pandani koji žive sličnim ili čak identičnim životima s ljudima iz našeg svijeta. Takva ideja dotiče vaš ego i budi fantazije – zbog čega su multiverzumi, ma koliko bili udaljeni i nedokazivi, uvijek dobivali tako široku popularnost. Ideju multiverzuma najslikovitije ste vidjeli u knjigama poput Čovjeka u visokom dvorcu Philipa K. Dicka i u filmovima poput Čuvaj se vrata se zatvaraju. Zapravo, nema ničeg novog u ideji multiverzuma - to je jasno pokazala religiozna filozofkinja Mary-Jane Rubenstein u svojoj knjizi Worlds Without End. Sredinom šesnaestog stoljeća Kopernik je tvrdio da Zemlja nije središte svemira. Desetljećima kasnije, Galileov teleskop pokazao mu je zvijezde izvan dosega, dajući tako čovječanstvu prvi pogled na prostranstvo kozmosa. Tako je krajem šesnaestog stoljeća talijanski filozof Giordano Bruno tvrdio da svemir može biti beskonačan i sadržavati beskonačan broj naseljenih svjetova.

matrjoška svemir

Ideja da svemir sadrži mnogo solarnih sustava postala je prilično uobičajena u osamnaestom stoljeću. Početkom dvadesetog stoljeća, irski fizičar Edmund Fournier D'Alba čak je sugerirao da bi mogla postojati beskonačna regresija "ugniježđenih" svemira različitih veličina, velikih i malih. S ove točke gledišta, jedan atom se može smatrati pravim naseljenim Sunčevim sustavom. Moderni znanstvenici poriču postojanje multiverzuma matrjoške, ali su umjesto toga predložili nekoliko drugih opcija u kojima multiverzumi mogu postojati. Ovdje su najpopularniji među njima.

patchwork svemir

Najjednostavnija od ovih teorija proizlazi iz ideje o beskonačnosti svemira. Nemoguće je sa sigurnošću znati je li beskonačan, ali je isto tako nemoguće poreći. Ako je još uvijek beskonačan, onda ga treba podijeliti na "zakrpe" - regije koje nisu vidljive jedna drugoj. Zašto? Činjenica je da su te regije toliko udaljene da svjetlost ne može prevladati takvu udaljenost. Svemir je star samo 13,8 milijardi godina, tako da su sve regije koje su međusobno udaljene 13,8 milijardi svjetlosnih godina potpuno odsječene jedna od druge. Po svemu sudeći, te se regije mogu smatrati zasebnim svemirima. Ali oni ne ostaju takvi zauvijek – na kraju svjetlost prijeđe granicu između njih i oni se šire. A ako se svemir zapravo sastoji od beskonačnog broja "otočnih svemira" koji sadrže materiju, zvijezde i planete, onda negdje moraju postojati svjetovi identični Zemlji.

Inflatorni multiverzum

Druga teorija izrasta iz ideja o tome kako je svemir nastao. Prema dominantnoj verziji Velikog praska, počeo je kao beskonačno mala točka koja se nevjerojatno brzo širila u vrućoj vatrenoj kugli. Djelić sekunde nakon početka širenja, ubrzanje je već doseglo tako ogromnu brzinu da je daleko premašilo brzinu svjetlosti. I taj se proces naziva inflacija. Inflacijska teorija objašnjava zašto je svemir relativno homogen u bilo kojoj točki u njemu. Inflacija je ovu vatrenu kuglu proširila do kozmičkih razmjera. Međutim, početno stanje je također imalo velik broj različitih slučajnih varijacija, koje su također bile podložne inflaciji. A sada su pohranjeni kao kozmičko mikrovalno zračenje, blagi naknadni sjaj Velikog praska. I ovo zračenje prožima cijeli Svemir, čineći ga ne tako ujednačenim.

Kozmička prirodna selekcija

Ovu teoriju formulirao je Lee Smolin iz Kanade. Godine 1992. sugerirao je da bi se svemiri mogli razvijati i razmnožavati poput živih bića. Na Zemlji, prirodna selekcija favorizira "korisne" osobine, kao što su veće brzine trčanja ili određeni položaj palca. Također mora postojati određeni pritisak u multiverzumu koji neke svemire čini boljim od drugih. Smolin je ovu teoriju nazvao "kozmičkom prirodnom selekcijom". Smolinova ideja je da "majčinski" svemir može dati život onima "kćeri" koji se formiraju u njemu. Majčinski svemir to može učiniti samo ako ima crne rupe. Crna rupa nastaje kada se velika zvijezda sruši pod vlastitom gravitacijom, gurajući sve atome zajedno dok ne dostignu beskonačnu gustoću.

multiverzum brane

Kada je opća teorija relativnosti Alberta Einsteina počela dobivati ​​popularnost dvadesetih godina, mnogi su raspravljali o "četvrtoj dimenziji". Što bi tu moglo biti? Možda skriveni svemir? Bila je to glupost, Einstein nije pretpostavio postojanje novog svemira. Sve što je rekao je da je vrijeme ista dimenzija, što je kao tri dimenzije prostora. Sva četiri su međusobno isprepletena, tvoreći prostorno-vremenski kontinuum čija se materija iskrivljuje – i dobiva se gravitacija. Unatoč tome, drugi znanstvenici počeli su raspravljati o mogućnosti postojanja drugih dimenzija u svemiru. Prvi nagovještaji skrivenih dimenzija pojavili su se u djelima teoretskog fizičara Theodora Kaluze. Godine 1921. pokazao je da se dodavanjem novih dimenzija Einsteinovoj jednadžbi opće relativnosti može dobiti dodatna jednadžba koja bi mogla predvidjeti postojanje svjetlosti.

Interpretacija više svijeta (kvantni multiverzum)

Teorija kvantne mehanike jedna je od najuspješnijih u cijeloj znanosti. Raspravlja o ponašanju najmanjih objekata, kao što su atomi i njihove sastavne elementarne čestice. Može predvidjeti sve, od oblika molekula do interakcije svjetlosti i materije, sve s nevjerojatnom točnošću. Kvantna mehanika razmatra čestice u obliku valova i opisuje ih matematičkim izrazom koji se naziva valna funkcija. Možda je najčudnija značajka valne funkcije to što omogućuje čestici da postoji u više stanja u isto vrijeme. To se zove superpozicija. Ali superpozicije se raspadaju čim se objekt izmjeri na bilo koji način, budući da mjerenja prisiljavaju objekt da odabere određenu poziciju. Godine 1957. američki fizičar Hugh Everett predložio je da se prestanemo žaliti na čudnu prirodu ovog pristupa i da jednostavno živimo s njim. Također je sugerirao da se objekti ne prebacuju u određeni položaj kada se mjere – umjesto toga, vjerovao je da su svi mogući položaji dani valnoj funkciji jednako stvarni. Stoga, kada se neki objekt mjeri, osoba vidi samo jednu od mnogih stvarnosti, ali postoje i sve druge stvarnosti.