Teoria wszechświata bąbelkowego. Dlaczego wszechświaty równoległe mogą być prawdziwe? Igranie z materią

Wszechświaty równoległe - teoria czy rzeczywistość? Wielu fizyków od lat stara się rozwiązać ten problem.

Czy istnieją wszechświaty równoległe?

Czy nasz Wszechświat jest jednym z wielu? Idea wszechświatów równoległych, przypisywana wcześniej wyłącznie fantastyka naukowa, cieszy się obecnie coraz większym szacunkiem wśród naukowców – przynajmniej wśród fizyków, którzy zazwyczaj doprowadzają każdą ideę do granic tego, co można założyć. W rzeczywistości istnieje ogromna liczba potencjalnych wszechświatów równoległych. Fizycy zaproponowali kilka możliwych form „wieloświata”, z których każda jest możliwa zgodnie z tym czy innym aspektem praw fizyki. Problem wynikający bezpośrednio z samej definicji jest taki, że ludzie nigdy nie będą mogli odwiedzić tych wszechświatów, aby sprawdzić ich istnienie. Pytanie brzmi zatem, jak możemy zastosować inne metody do sprawdzenia istnienia wszechświatów równoległych, których nie można zobaczyć ani dotknąć?

Narodziny pomysłu

Zakłada się, że przynajmniej część z tych wszechświatów zamieszkują ludzie, którzy prowadzą podobne lub nawet identyczne życie jak ludzie z naszego świata. Taka idea porusza Twoje ego i rozbudza fantazje – dlatego wieloświaty, niezależnie od tego, jak odległe i niemożliwe do udowodnienia, zawsze cieszyły się tak powszechną popularnością. Pomysły na temat wieloświatów najwyraźniej widać w książkach takich jak Człowiek z Wysokiego Zamku Philipa K. Dicka i filmach takich jak Beware the Closing Doors. Tak naprawdę nie ma nic nowego w idei wieloświatów – jak dobitnie pokazuje filozofka religijna Mary-Jane Rubenstein w swojej książce Światy bez końca. Już w połowie XVI wieku Kopernik twierdził, że Ziemia nie jest centrum Wszechświata. Kilkadziesiąt lat później teleskop Galileusza pokazał gwiazdy znajdujące się poza jego zasięgiem, dając ludzkości pierwszy wgląd w ogrom kosmosu. I tak pod koniec XVI wieku włoski filozof Giordano Bruno doszedł do wniosku, że Wszechświat może być nieskończony i zawierać nieskończoną liczbę zamieszkałych światów.

Wszechświat-matrioszka

Pomysł, że wszechświat składa się z wielu układów słonecznych, stał się dość powszechny w XVIII wieku. Na początku XX wieku irlandzki fizyk Edmund Fournier D'Alba zasugerował nawet, że może istnieć nieskończona regresja „zagnieżdżonych” wszechświatów różne rozmiary, zarówno większe, jak i mniejsze. Z tego punktu widzenia pojedynczy atom można uznać za rzeczywiście zamieszkały układ słoneczny. Współcześni naukowcy zaprzeczają założeniu o istnieniu multiwersu lalki gniazdującej, zamiast tego zaproponowali kilka innych opcji, w których mogą istnieć multiwersy. Oto najpopularniejsze z nich.

Patchworkowy wszechświat

Najprostsza z tych teorii wywodzi się z poglądu, że Wszechświat jest nieskończony. Nie można mieć pewności, czy jest ona nieskończona, ale nie można też temu zaprzeczyć. Jeśli nadal jest nieskończony, należy go podzielić na „klapy” - obszary, które nie są dla siebie widoczne. Dlaczego? Faktem jest, że obszary te są od siebie tak daleko, że światło nie jest w stanie przebyć takiej odległości. Wszechświat ma zaledwie 13,8 miliarda lat, więc wszelkie regiony oddalone od siebie o 13,8 miliarda lat świetlnych są całkowicie od siebie odcięte. Według wszystkich danych regiony te można uznać za odrębne wszechświaty. Ale nie pozostają tak na zawsze – w końcu światło przekracza granicę między nimi i rozszerzają się. A jeśli Wszechświat faktycznie składa się z nieskończonej liczby „wszechświatów wyspowych” zawierających materię, gwiazdy i planety, to gdzieś muszą istnieć światy identyczne z Ziemią.

Multiwers inflacyjny

Druga teoria wyrasta z pomysłów na temat początku wszechświata. Według dominującej wersji Wielkiego Wybuchu zaczął się on od nieskończenie małego punktu, który rozszerzał się niewiarygodnie szybko w postaci gorącej kuli ognia. Ułamek sekundy po rozpoczęciu ekspansji przyspieszenie osiągnęło już tak ogromną prędkość, że znacznie przekroczyło prędkość światła. Proces ten nazywa się „inflacją”. Teoria inflacji wyjaśnia, dlaczego Wszechświat jest stosunkowo jednorodny w dowolnym punkcie. Inflacja rozszerzyła tę kulę ognia do skala kosmiczna. Jednak stan pierwotny również miał duża liczba różne losowe wahania, które również podlegały inflacji. A teraz zachowały się jako kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła, słaba poświata Wielkiego Wybuchu. I to promieniowanie przenika cały Wszechświat, czyniąc go mniej jednolitym.

Kosmiczny dobór naturalny

Teorię tę sformułował Lee Smolin z Kanady. W 1992 roku zaproponował, że wszechświaty mogą ewoluować i rozmnażać się tak samo jak żywe istoty. Na Ziemi dobór naturalny sprzyja pojawieniu się „użytecznych” cech, takich jak większa prędkość biegu czy specjalne rozmieszczenie kciuków. W wieloświecie muszą również istnieć pewne naciski, które czynią niektóre wszechświaty lepszymi od innych. Smolin nazwał tę teorię „kosmicznym doborem naturalnym”. Pomysł Smolina jest taki, że wszechświat „matka” może dać życie „córkom”, które się w nim tworzą. Wszechświat macierzysty może tego dokonać tylko wtedy, gdy ma czarne dziury. Czarna dziura powstaje, gdy duża gwiazda zostaje zniszczona pod jej wpływem. własną siłę przyciąganie, spychając wszystkie atomy razem, aż osiągną nieskończoną gęstość.

Wieloświat Brane’a

Kiedy w latach dwudziestych ogólna teoria względności Alberta Einsteina zaczęła zyskiwać na popularności, wiele osób dyskutowało o „czwartym wymiarze”. Co tam może być? A może ukryty wszechświat? To był nonsens; Einstein nie przewidywał istnienia nowego wszechświata. Powiedział tylko, że czas jest tym samym wymiarem, który jest podobny do trzech wymiarów przestrzeni. Wszystkie cztery przeplatają się ze sobą, tworząc kontinuum czasoprzestrzenne, którego materia zostaje zniekształcona – i uzyskuje się grawitację. Mimo to inni naukowcy zaczęli dyskutować o możliwości istnienia innych wymiarów w przestrzeni. Po raz pierwszy w dziełach pojawiły się wskazówki dotyczące ukrytych wymiarów fizyk teoretyczny Teodor Kaluza. W 1921 roku wykazał, że dodając nowe wymiary do równania ogólnej teorii względności Einsteina, można uzyskać dodatkowe równanie, które można wykorzystać do przewidywania istnienia światła.

Interpretacja wielu światów (multiwers kwantowy)

Teoria mechaniki kwantowej jest jedną z najbardziej udanych w całej nauce. Omawia zachowanie najmniejszych obiektów, jakimi są atomy i ich składniki cząstki elementarne. Potrafi przewidywać różne zjawiska, od kształtu cząsteczek po interakcję światła i materii – a wszystko to z niewiarygodną dokładnością. Mechanika kwantowa rozważa cząstki w postaci fal i opisuje je za pomocą wyrażenia matematycznego zwanego funkcją falową. Być może najdziwniejszą cechą funkcji falowej jest to, że pozwala cząstce istnieć w wielu stanach jednocześnie. Nazywa się to superpozycją. Ale superpozycje załamują się, gdy tylko obiekt zostanie w jakikolwiek sposób zmierzony, ponieważ pomiary zmuszają obiekt do wybrania określonej pozycji. W 1957 r Amerykański fizyk Hugh Everett zasugerował, abyśmy przestali narzekać na dziwną naturę tego podejścia i po prostu żyli z nim. Zasugerował także, że obiekty podczas pomiaru nie ustawiają się w określonej pozycji – zamiast tego wierzył, że zawarte są w niej wszystkie możliwe pozycje funkcja falowa, są równie prawdziwe. Dlatego też, gdy obiekt jest mierzony, człowiek widzi tylko jedną z wielu rzeczywistości, ale istnieją również wszystkie inne rzeczywistości.

jest nadal skończona i ograniczona. To jest nasz obserwowalny Wszechświat, który rozpoczął się od gorącego Wielkiego Wybuchu i zawiera wszystko, co można pojąć. A jednak jest tego być może znacznie więcej.

Gdybyśmy byli w jakimkolwiek innym miejscu tego Wszechświata, moglibyśmy zobaczyć taką samą ilość Wszechświata. W największych skalach Wszechświat jest jednorodny w ponad 99,99%, a wahania w jego gęstości nie przekraczają 0,01%. Oznacza to, że gdybyśmy mieli szczęście znaleźć się gdziekolwiek indziej, nadal widzielibyśmy setki miliardów galaktyk, czyli około 10 91 cząstek rozproszonych na przestrzeni 46 miliardów lat świetlnych. Zobaczylibyśmy po prostu inny zestaw galaktyk i cząstek, nieco różniący się szczegółami.

Ze wszystkiego, co możemy zaobserwować i ze wszystkich teoretycznych domysłów, które Wszechświat nam rzuca na temat topologii, kształtu, krzywizny i pochodzenia, w pełni spodziewamy się, że gdzieś tam istnieje znacznie większy Wszechświat – identyczny pod względem właściwości z tym, który obserwujemy – ale tego nie widzimy. Tylko dzięki temu, że Wszechświat istniał przez pewien okres czasu, możemy zobaczyć jego konkretną część. Jest to w zasadzie najprostsza definicja wieloświata: poza tym, co widzimy, istnieje znacznie więcej wszechświata nieobserwowalnego.


Większość naukowców uważa to za oczywiste, ponieważ w przeciwnym razie Wszechświat byłby znacznie bardziej zakrzywiony lub widzielibyśmy powtarzające się wzory w kosmicznym mikrofalowym tle. Brak dowodów na to wyraźnie wskazuje, że poza znanym wszechświatem istnieje znacznie więcej niż wszystko inne. Brak silnej krzywizny wskazuje, że nie możemy zobaczyć setek razy więcej Wszechświata; nieobserwowalny Wszechświat jest znacznie większy od naszego. Ale niezależnie od tego, jak duży jest, prawdopodobnie powstał w wyniku pojedynczego kosmicznego wydarzenia – tego samego Wielkiego Wybuchu – miliardy lat temu.

Ale Wielki Wybuch nie był tylko „początkiem” Wszechświata. Był stan przed Wielkim Wybuchem, od którego wszystko się zaczęło: kosmiczna inflacja. Ta wykładnicza, szybka ekspansja samej przestrzeni w młodym Wszechświecie w miarę upływu czasu tworzyła coraz więcej przestrzeni. A jeśli inflacja definitywnie dobiegła końca tam, gdzie jesteśmy, możliwe jest również coś innego: tempo, w jakim inflacja tworzy nową przestrzeń w prawie wszystkich modelach, jest szybsze niż tempo, w którym się ona kończy i zaczyna Wielki Wybuch. Innymi słowy, inflacja przewiduje niezwykle duża liczba rozłączonych Wielkich Wybuchów, z których każdy dał początek swojemu własnemu Wszechświatowi.

Ten wieloświat jest jeszcze większy, niż wcześniej sądzono, a jeśli stan inflacyjny byłby wieczny (a mógłby tak być), to liczba wszechświatów jest nieskończona, a nie skończona. Co jest dziwne, ponieważ w tych innych wszechświatach, powstałych w wyniku innych Wielkich Wybuchów, mogą obowiązywać zupełnie inne prawa i stałe fizyczne. Innymi słowy, mogą istnieć nie tylko regiony ze światami podobnymi do naszego, ale także ze światami całkowicie odmiennymi od naszego.


Co to jest wieloświat? Może to oznaczać jedną z trzech rzeczy:

1. Raczej „Wszechświat” podobny do naszego, który powstał w wyniku tego samego Wielkiego Wybuchu, ale którego nie można zaobserwować.
2. Więcej wszechświatów, podobne do naszego, które powstały w wyniku innych Wielkich Wybuchów, ale narodziły się w tym samym stanie inflacyjnym.
3. Może też istnieć znacznie więcej wszechświatów – niektóre podobne do naszego, inne nie – z różnymi stałymi, a nawet prawami.


Wieloświat może mieć skończony rozmiar i liczbę wszechświatów lub być nieskończony. Jeśli zaakceptujesz Wielki Wybuch i współczesną kosmologię, to to pierwsze z pewnością jest prawdą. Jeśli zaakceptujesz kosmiczną inflację (i nie bez powodu), to drugie będzie prawdą. Jeśli przyjmiemy pewne modele teorii strun lub inne teorie unifikacji, trzecia teoria również może być prawdziwa. Jeśli chodzi o kwestię skończoności lub nieskończoności, nie mamy jeszcze pewności. Istnieje twierdzenie, że inflacja nie może trwać wiecznie, jednak istnieją w niej luki, które pozwalają na utrzymywanie się inflacji w nieskończoność.

Jedno jest pewne: wieloświat istnieje i nie trzeba być naukowcem, aby go rozpoznać. Pytanie brzmi, która wersja wieloświata jest przed nami ukryta, a być może nigdy się nie dowiemy.

W kosmologii od dawna rozważana jest hipoteza, że ​​nasz Wszechświat nie jest jedyny w swoim rodzaju. Może to być jeden z wielu Wszechświatów tworzących tzw Wieloświat. Chociaż hipotezę tę można uznać za coś z kręgu science fiction, istnieją dość solidne podstawy wskazujące na jej słuszność. Oferujemy pięć argumentów wskazujących, że żyjemy w Multiwersum.

1) Jeden z modeli kosmologicznych zakłada tzw. wieczna inflacja" Inflacja to bardzo szybka ekspansja Wszechświata po wielki wybuch. Hipotezę „wiecznej inflacji” po raz pierwszy zaproponował kosmolog z Tufts University. Aleksander Wilenkin. Naukowcy sugerują, że inflacyjna ekspansja Wszechświata zatrzymała się tylko w niektórych częściach przestrzeni (obszary te tzw regiony termalizowane), ale w niektórych częściach ekspansja trwa, rodzą się swoiste „bańki inflacyjne”, z których każda rozwija się w prawdziwy Wszechświat:

Teoria inflacji pozwala na utworzenie wielu wszechświatów-córek, które w sposób ciągły wyrastają z istniejących

2) W ramach tzw teoria brany(termin „brana” pochodzi od słowa „membrana”) lub M-teorie, cztery wymiary przestrzenne są ograniczone trójwymiarowymi ścianami lub trzema brami. Jedną z tych ścian jest przestrzeń Wszechświata, w którym żyjemy, podczas gdy istnieją inne brany wszechświata, które są ukryte przed naszą percepcją. Są równoległe do naszej brany i w pewnych okolicznościach przyciągają się do siebie grawitacyjnie. Zgodnie z teorią, podczas zderzenia bran uwalniana jest duża ilość energii i tym samym powstają warunki Wielkiego Wybuchu:

(zdjęcie z wikimedia.org)

3)Interpretacja wielu światów mechaniki kwantowej autorstwa Hugh Everetta. Zgodnie z koncepcjami mechaniki kwantowej wszystko w świecie cząstek opisuje się jedynie probabilistycznie. Everett zasugerował, że wszystkie wyniki prawdopodobnego zdarzenia są zawsze realizowane, ale dzieje się to w różnych Wszechświatach. Z każdym aktem obserwacji, pomiarem obiektu kwantowego, obserwator niejako dzieli się na kilka (prawdopodobnie nieskończenie wielu) wersji odpowiadających różnym Wszechświatom. Można to jasno wytłumaczyć w ten sposób: jeśli jesteś na rozdrożu i masz wybór, czy pójść w lewo, czy w prawo, istniejący Wszechświat „rodzi” jeszcze dwa Wszechświaty-córki: jeden, w którym idziesz w prawo, i drugi, w którym idziesz w lewo:

4) Jak pokazują badania, przestrzeń naszego Wszechświata jest płaska z dużą dokładnością. A jeśli przestrzeń i czas rozciągają się w nieskończoność, to w pewnym momencie musi nastąpić powtórzenie, ponieważ istnieje pewna granica liczby kombinacji organizacji cząstek w przestrzeni i czasie. Innymi słowy, nieskończoność przestrzeni i czasu sugeruje, że gdzieś istnieje dokładna kopia naszego Wszechświata:

Przestrzeń i czas rozciągają się w nieskończoność, zatem w pewnym momencie musi nastąpić powtórzenie Wszechświata

5) Wszechświaty o różnej matematyce. Według niektórych naukowców podstawowe prawa Wszechświata są takie prawa matematyczne. Na tej podstawie można założyć, że istnieją inne Wszechświaty, które mają swoje własne struktury matematyczne.

Wieloświat to paradoks! Wydaje mi się, że istnienia Multiwersów nie należy postrzegać w sposób przedstawiony w artykule jako szansy na nowe odkrycia, lecz należy przyjąć tę ideę jako paradoksy współczesne teorie wskazując na niekompletność naszej wiedzy. I własnie dlatego.
Wieloświat jest sprzeczny z zasadą Ockhama. Moim zdaniem idea Multiwersu ma następującą wadę: istnienie równoległych nie objawia się fizycznie w naszym Wszechświecie w żaden sposób, z wyjątkiem początkowe etapy jego ewolucję, na przykład jak w teorii bran, w przeciwnym razie prowadziłoby to do naruszenia prawa zachowania. Oznacza to, że jesteśmy pozbawieni możliwości eksperymentalnego sprawdzenia tej hipotezy i pozostaje nam jedynie interpretacja faktów obserwacyjnych za pomocą modeli matematycznych lub, co jeszcze bardziej radykalne, wyniesienie modeli matematycznych do absolutu, jak sugeruje Max Tegmark. Pomijając to drugie ze względu na oczywistą dyskusyjność, wydaje mi się, że Multiwersum przy interpretacji obserwacji jest na tyle dodatkowym bytem, ​​że zgodnie z zasadą Ockhama należy go odrzucić.
Nie rozumiemy wystarczająco struktury naszego Wszechświata. Jednak obecna sytuacja w kosmologii, według moich odczuć, jako absolwentki Instytutu Kosmologii, jest znacznie gorsza! Prawie żaden z kosmologów nie łączy budowy swoich teorii z analizą obserwacji. Modele matematyczne są często konstruowane w ilościach bezwymiarowych, tak że ich znaczenie fizyczne jest często ukryte nawet przed samym teoretykiem. Jest na pierwszym miejscu Analiza matematyczna, a interpretacja jest na końcu. Co więcej, wielu kosmologów jest usatysfakcjonowanych interpretacją wyniku w kategoriach matematycznie skonstruowanej fizyki, na przykład konstruowanie Lagrangianu w przestrzeni 11-wymiarowej jest całkiem normalne, a rzeczywista przestrzeń trójwymiarowa to tylko szczególny przypadek, który otrzymuje się po zagęszczeniu. Jednak dla niewielu osób jest to ważne i w rzeczywistości bardzo trudne przejście. Kosmologia jako nauka jest bardzo młoda i daleka od doskonałości w swoich metodach, a inflacyjny Multiwers wskazuje, że nie rozumiemy jeszcze w pełni mechanizmu inflacji. Podobnie interpretacja Everetta wynika prawdopodobnie z naszego nieporozumienia istota fizyczna mechanika kwantowa.
„To wspaniale, że napotkaliśmy paradoks. Teraz możemy mieć nadzieję, że pójdziemy dalej!”, cytując Nielsa Bohra z książki Jakie nieporozumienia wynikają z hipotez dotyczących wieloświatów? Tutaj powinno wyraźnie pojawić się pytanie: Dlaczego nasz Wszechświat jest jedyny i taki, jaki jest?", to znaczy przyczyny precyzyjnego dostrojenia Wszechświata nie są jeszcze jasne. W artykule Rosenthala w Uspekhi Fiz. Nauk z 1980 r. na temat praw fizycznych i wartości liczbowe podstawowe stałe są dobrze uzasadnione, w jaki sposób ich zmiana wpłynie na nasz Wszechświat i że wartości te są być może unikalne dla realizacji naszego życia. Jedną z prób wyjaśnienia tych wartości jest wyliczenie możliwych kombinacji wraz z zasadą antropiczną. Ale to wyjaśnienie, moim zdaniem, nie jest zadowalające, ponieważ takie poszukiwania nie są niczym ograniczone i jest mało prawdopodobne, aby były wykonalne.
Ujednolicona teoria zjednoczonego Wszechświata. Droga do tworzenia wydaje mi się rozsądniejsza ujednolicona teoria w jednym Wszechświecie, co wyjaśniałoby wybór takich wartości. Myślę, że ta droga wiedzie przez poszukiwanie takich ogólnych właściwości matematycznych, które mogą mieć konsekwencje fizyczne. Choć nie da się ich jednoznacznie nazwać, jako przykład podam stałą pi, która ma jasne znaczenie matematyczne, ale jest też zawarta we wzorach fizycznych. Czy wszechświat, w którym liczba pi jest inna, miałby sens? Można tu argumentować, że stosunek obwodu koła do jego promienia zmienia się w przestrzeniach zakrzywionych, ale w nieskończenie małej granicy zawsze dąży do pi, a gdyby tak nie było, to przestrzeń prawdopodobnie utraciłaby właściwości ciągłości, a fizyczna prawa staną się nieprzewidywalne.

Leon pisze:

Jako przykład podam stałą pi, która ma jasne znaczenie matematyczne, ale jest też zawarta we wzorach fizycznych. Czy wszechświat, w którym liczba pi jest inna, miałby sens? Można tu argumentować, że stosunek obwodu koła do jego promienia zmienia się w przestrzeniach zakrzywionych, ale w nieskończenie małej granicy zawsze dąży do pi, a gdyby tak nie było, to przestrzeń prawdopodobnie utraciłaby właściwości ciągłości, a fizyczna prawa staną się nieprzewidywalne.

Mnie też to już od dawna interesuje – moim zdaniem – to najgłębszy problem, co jest bezpośrednio związane z podstawowymi zasadami naszego Świata. Co więcej, o pi można powiedzieć, że jest to stała uzyskana z eksperymentu(poprzez coraz dokładniejszy pomiar obwodu średnicy jednostkowej). Ale „e” jest liczbą, spekulacyjny pochodzące z rachunek różniczkowy. Oznacza to, że spekulatywne rozważenie idei ciągłości, sumowania, przejścia do granicy prowadzi do bardzo konkretnej liczby. I nie ma znaczenia, kto będzie się kłócił: Europejczyk, Afrykanin czy Chińczyk, a może nawet... kosmita, dojdzie do tego samego. Dla mnie to jest na granicy cudu. I potwierdzenie, że nawet najbardziej abstrakcyjne konstrukcje spekulatywne mają związek ze Światem, bo my (i nasz mózg) jesteśmy jego częścią. I dlatego zaglądając w głąb siebie, możemy poznać podstawowe zasady świata zewnętrznego (fizycznego). To prawda, że ​​\u200b\u200btrzeba zrozumieć - które konstrukcje spekulacyjne mają sens? Wymaga to potężnej (fizycznej) intuicji.

Oczywiście liczba Eulera jest także wspaniałą stałą matematyczną, która pojawia się w wielu wzorach fizycznych.

Jednak znaczenie liczby „pi” jest dla mnie znacznie jaśniejsze (i historycznie powstało wcześniej). Rozwinę swoją myśl, choćby w formie żartu: „w czas wojny- wartość „pi” osiągnie 4”, wówczas geometria szachownicy będzie jej odpowiadać, gdy najmniejsze elementy dyskretne płaszczyzny odpowiadają kwadratowym komórkom i jeśli ustawisz na nich metrykę odległości Manhattan, to opisany okrąg jednostkowy wokół komórki będzie odpowiadać jej 8 sąsiednim komórkom, wówczas obwód będzie równy 8, stąd pi będzie równe 4. W przestrzeni takiej metryki fizykę można symulować za pomocą automatów komórkowych, co opisano w książce „Nowy rodzaj nauki” Stephena Wolframa Automaty komórkowe mają jednak tę wadę, że ich ewolucja jest podana przez najbliższych sąsiadów, wtedy opisują jedynie zjawiska lokalne (takie jak rozchodzenie się fal) i w zasadzie nie można ich używać do opisu. zjawiska nielokalne, takie jak splątanie kwantowe.

To tylko przypadek szczególny, ale pokazuje, że liczba „pi” określa ciągłość geometrii (przestrzeni) naszego świata, na podstawie której zbudowana jest współczesna fizyka, a zatem pi określa samą fizykę. Pozostałe wartości „pi” odpowiadają najprawdopodobniej przestrzeniom dyskretnym, w których nie jest jeszcze jasne, czy da się adekwatnie opisać wszystkie zjawiska fizyczne. Jeśli jest to niemożliwe, to wszystkie takie przestrzenie są w pewnym sensie wadliwe, a jedyna fizycznie możliwa jest ciągła.

Ildusie, witaj. Szczęśliwego nowego roku!

Pisz uważniej.

Geometria szachownicy, gdy najmniejsze dyskretne elementy płaszczyzny odpowiadają kwadratowym komórkom i jeśli ustawisz na niej metrykę z odległością Manhattan, to okrąg jednostkowy opisany wokół komórki będzie odpowiadał jej 8 sąsiednim komórkom, czyli długość okręgu będzie równa 8, stąd pi wynosi 4.

2) Musimy zdefiniować terminy.

Jeżeli za okrąg uznamy zbiór punktów w jednakowej odległości od danego, to okrąg jednostkowy opisany wokół komórki będzie odpowiadał nie 8, a jedynie 4 sąsiednim komórkom (wschód-północny-zachód-południe). Pozostałe cztery są oddalone od środka w odległości 2. Średnica D=2, obwód L=4. Zatem pi=L/D=4/2=2.

Jeśli zdefiniujesz na swój sposób okrąg przez 8 sąsiednich komórek, to średnica będzie wynosić D = 4, obwód będzie wynosić L = 8, pi = L/D = 8/4 = 2.

Witaj, Vadimie Władimirowiczu! Tobie również szczęśliwego Nowego Roku! Dziękuję za zrozumienie mojego rozumowania i znalezienie błędu. Przepraszam, link rzeczywiście okazał się głupi, a poza tym pomyliłem dystans Manhattanu z dystansem Czebyszewa, z jakim operowałem.

Odległość Manhattanu na szachownicy pomiędzy polami można opisać jako minimalną liczbę ruchów wymaganych przez wieżę, a odległość Czebyszewa to minimalna liczba ruchów króla. W tym drugim przypadku pi wynosi 4 (8 sąsiadujących ze sobą komórek tworzy równoodległy kwadrat (czyli okrąg jednostkowy), który możemy w sposób ciągły zakreślać królem, a średnica okręgu jednostkowego jest zawsze równa 2). Ale w pierwszym nie jest to już takie oczywiste, 4 sąsiednich komórek nie można w sposób ciągły ominąć za pomocą wieży, tutaj konieczne będą ruchy do środka i do tyłu, a zatem długość okręgu jednostkowego wynosi 8, a pi wynosi 4. Mówiąc bardziej matematycznie, odległości w takich przypadkach mierzy się za pomocą Lebesgue'a, wówczas odległość Manhattanu jest metryką na L_1, a odległość Czebyszewa na L_infinity.

Dla fizyki ważna jest przestrzeń z metryką na L_2. W świecie na szachownicy, gdzie wszystkie obiekty poruszają się na odległości całkowite i muszą być w jakiś sposób fizycznie zsynchronizowane ze sobą, teoretycznie powinno być możliwe ustawienie ich sposobu poruszania się zgodnie z metryką, coś w rodzaju ruchów rycerza (przynajmniej twierdzenie Fermata w przypadku 2 pozwala na to, ale w przypadku 3 i wyższych nie). Ale nadal trudno mi powiedzieć, ile pi jest w tym przypadku równe.

Dla matematycznej rozgrzewki interesujące jest rozważenie, ile pi jest równe w zależności od pokrycia płaszczyzny; z pewnością ktoś już przestudiował to pytanie. Ale dla humoru można na przykład argumentować, że przy odległości Czebyszewa na planszy sześciokątnej pi wynosi 3, a na planszy trójkątnej 1,5. Jestem jednak skłonny wierzyć, że w przestrzeni dyskretnej nie można opisać i uzyskać odpowiedniej rzeczywistości fizycznej w sensie „demiurgowym”, więc są to tylko kalambury matematyczne.

Dlaczego liczby takie jak „pi” lub „e” są właśnie takie, a nie inne?... Dla mnie to jest na granicy cudu.

Zawsze tak się czułem. Ale są też liczby urojone, „prostopadłe” „pi” i „e”. Nawet negatywny liczby zrewolucjonizowały matematykę.

razem: $$-e^(i\pi)=1$$

Paulina pisze:

Ale są też liczby urojone, „prostopadłe” „pi” i „e”.

Tak, właśnie to znaczenie fizyczne fakt, że funkcja falowa mikrocząstek jest urojona, a prawdopodobieństwo wykrycia cząstki jest proporcjonalne do kwadratu jej modułu?

Paulina pisze:

Najbardziej niesamowite jest dla mnie to razem liczby spekulacyjne zamieniają się w zwykły numer- jednostka : $$-e^(i\pi)=1$$

Naprawdę wspaniała formuła!

Zgadzam się co do pierwszych 3 hipotez. Ale z 4 nie można się zgodzić, przynajmniej z tego powodu, że wszystkie fakty obserwacyjne wskazują, że Wszechświat nie jest nieskończony. Około 5...

Jeśli nasza obecna wiedza, oparta na naszej matematyce, pozwala nam, z grubsza mówiąc, opisać obecność innych wszechświatów, to dlaczego miałaby być w nich inna matematyka?

Folk pisze:

Około 5... Jeśli nasza obecna wiedza, oparta na naszej matematyce, pozwala nam z grubsza opisać obecność innych wszechświatów, to dlaczego miałaby być w nich inna matematyka?

Sieroża! Cześć! Komentarz - jakie fakty mówią o skończoności Wszechświata i w jakiej formie? Ogólnie rzecz biorąc, ze względów filozoficznych można argumentować, że Wszechświat (z dużej litery) jest skończony. Ale w jakiej formie ta skończoność jest realizowana - nadal należy to zrozumieć.

Nie mam żadnych argumentów przeciwko hipotezom wyrażonym w tym artykule… poza tym, że proponowane sądy nie są argumentami, ale hipotezami, czyli założeniami, które nie mają jeszcze żadnej wiarygodnej weryfikacji eksperymentalnej. A to ostatnie jest bardzo ważne.

Wszystkie pięć zidentyfikowanych hipotez dotyczy różnych dziedzin fizyki i wg ogólnie mówiąc, są ze sobą sprzeczne lub mogą być sprzeczne.

Na przykład, piąty hipoteza ta zasadniczo zaprzecza sformułowaniom wszystkich pozostałych. Jeżeli matematyka jest inna, to o czym właściwie możemy rozmawiać w ramach matematyki, do której jesteśmy przyzwyczajeni...

Pierwsze dwa hipotezy pochodzą z arsenału współczesnej kosmologii i są jedną z możliwych opcji dla wielu podobnych hipotez.

Trzeci Hipoteza Everetta miała na celu racjonalizację lub „wyjaśnienie” znaczenia prawa kwantowe, ale istnieje wiele takich sposobów interpretacji teorii kwantowej. Z drugiej strony idee Everetta nie mają żadnego związku z ogólną teorią względności, na której opierają się dwie pierwsze hipotezy.

Czwarty Hipoteza jest całkowicie niejasna. I wreszcie istnieją hipotezy bardziej zaawansowane, które w przeciwieństwie do prezentowanych mogą liczyć na argumentację.

Na przykład, Teoria Kaluzy-Kleina o przestrzeni pięciowymiarowej. Jest tylko jeden problem. Teoria Kaluzy-Kleina nie robi takiego wrażenia jak koncepcje Everetta i opiera się na ideach matematycznych, które trudno wyrazić w formie twierdzeń zrozumiałych dla każdego. Argumentów więc jest jeszcze bardzo mało, ale jest za to duża pewność co do złożoności świata...

zwiktorm pisze:

Proponowane sądy nie są argumentami, lecz hipotezami, czyli założeniami, które nie mają jeszcze żadnej wiarygodnej weryfikacji eksperymentalnej.

Zgadzam się, to typowe przykłady „matematycznej fantastyki naukowej”. Dlatego ostrożnie zamieniłem słowa „teoria” ze słowa „hipoteza”. Ale pojęcie „teoria M”, które oczywiście bardziej poprawnie nazywa się „hipotezą M”, pozostało stabilne we współczesnym słownictwie naukowym? Czy „teoria inflacji” jest teorią czy hipotezą? A co z teorią/hipotezą Wielkiego Wybuchu? Ci drudzy mają oczywiście na swoją korzyść więcej argumentów eksperymentalnych niż pierwsi. Pytanie brzmi - Gdzie wyznaczamy granicę między hipotezą a teorią? Może lepiej zastosować bardziej neutralny (w stosunku do argumentów eksperymentalnych) termin „model”? Model inflacyjny, model Wielkiego Wybuchu, model superstrun itp.

zwiktorm pisze:

Czwarta hipoteza jest całkowicie niejasna.

Ja też jej dobrze nie rozumiałem. I piąty też. Postanowiłem jednak zostawić je w artykule, abyśmy mogli wspólnie to rozwiązać.

zwiktorm pisze:

I wreszcie istnieją hipotezy bardziej zaawansowane, które w przeciwieństwie do prezentowanych mogą liczyć na argumentację. Na przykład teoria Kaluzy-Kleina przestrzeni pięciowymiarowej.

Czy model Kaluzy-Kleina zakłada wiele światów? O ile pamiętam, wprowadza on piąty wymiar, który następnie jest zagęszczany do małych skal (w późniejszych wersjach modelu – do Plancka rozmiary). Ale Świat (Wszechświat) w tym modelu jest pojedynczy.

Tak, a co najważniejsze - W jakim stopniu model Kaluzy-Kleina potwierdza się eksperymentalnie? A może istnieje jakieś inne kryteria(poza bezpośrednim potwierdzeniem eksperymentalnym), które pozwalają uznać dany model za poważny, godny uwagi i w konsekwencji argument za czymś? Jakie mogą być te kryteria? Cóż, na przykład urodateorie o czym pisał Einstein.

Czy „teoria inflacji” jest teorią czy hipotezą? A co z teorią/hipotezą Wielkiego Wybuchu?

Na te pytania można odpowiedzieć różnie, w zależności od tego, do jakiego punktu widzenia się skłaniasz. Jednak nadal istnieją pewne powody, aby twierdzić, że teorię Wielkiego Wybuchu lub jej nowoczesny element – ​​model inflacji, można uznać za teorie. Teorię zwykle odróżnia się od hipotezy głębokim opracowaniem konsekwencji dla wielu różnych obserwowalnych zjawisk jednocześnie. Jeśli sprawdzenie wiarygodności wniosków jest trudne ten moment czasu, wówczas teorię można uznać za hipotetyczną. Ogólną teorię względności można nadal uważać za teorię hipotetyczną, ponieważ nie wszystko w niej zostało przetestowane. Na przykład, fale grawitacyjne jeszcze nie odkryte. Teoria inflacji wyjaśnia całą masę obserwowanych zjawisk z różnych działów fizyki i astrofizyki. Na przykład brak monopoli i brak początku Wielkiego Wybuchu na niebie. Nie da się tego jednak zweryfikować za pomocą bezpośrednich eksperymentów, ale zawiera ona recepty na konstruowanie matematycznych wniosków z faktów pośrednich, które można lub będą weryfikować.

...w jakim stopniu model Kaluzy-Kleina potwierdza się eksperymentalnie?

Teoria Kaluzy-Kleina wyjaśnia elektromagnetyzm obecnością dodatkowe wymiary. Na początek wystarczy jeden. Co więcej, jest on skonstruowany w sposób zgodny z ogólną teorią względności. Dlatego jego ważność jest w dużej mierze związana z ważnością tych teorii. Ale oczywiście zawiera stwierdzenia, które nie zostały jeszcze zweryfikowane. W szczególności dotyczy to istnienia dodatkowych wymiarów. Jednak to właśnie organiczny charakter unifikacji ogólnej teorii względności i zawartej w niej teorii elektromagnetyzmu można uznać za argument, choć i pod tym względem ma problemy. Jeśli chodzi o wielość światów, każda teoria zawierająca dodatkowe wymiary nieuchronnie dopuszcza obecność wielu wszechświatów. M-teorie są dobrze rozwinięte z matematycznego punktu widzenia i z tego punktu widzenia można je uważać za teorie hipotetyczne lub teorie matematyczne. Co więcej, opierają się na ogólnej teorii względności lub jej uogólnieniach, a czasami posługują się teoriami takimi jak Kaluza-Klein. W omawianym artykule bez szczególnego powodu wyróżniono pięć hipotez, które nie są ze sobą zbyt powiązane, a zwłaszcza nie są eksponowane na tle najróżniejszych innych hipotez i teorii hipotetycznych. Trudno nawet zrozumieć, jakie preferencje miał dziennikarz, który najwyraźniej je zbierał.

zwiktorm pisze:

Teorię można uznać za teorię Wielkiego Wybuchu lub jej nowoczesny element, model inflacji. ... Ogólną teorię względności można nadal uważać za teorię hipotetyczną, ponieważ nie wszystko w niej zostało przetestowane.

Okazuje się interesujące: teorie Wielki Wybuch i inflacja, które na podstawie hipotetycznej Oto. Jak coś, co jest bezpiecznie ustalone, może opierać się na czymś, co nie jest bezpiecznie ustalone?

zwiktorm pisze:

Teoria Kaluzy-Kleina wyjaśnia elektromagnetyzm obecnością dodatkowych wymiarów. Na początek wystarczy jeden. Co więcej, jest on skonstruowany w sposób zgodny z ogólną teorią względności. Dlatego jego ważność jest w dużej mierze związana z ważnością tych teorii.

Pierwszy . Sytuacja się powtarza: „ teoria Kalutsy-Klein, na podstawie hipotetycznej Oto.”

Drugi . Tutaj się pojawia ciekawa zasada: chęć zachowania (nawet jeśli zostanie zastosowana w nowej perspektywie, ale nadal zachowa) to, co pewne pomysł, raz pomyślnie zastosowany, a następnie pomyślnie przeszedł próbę czasu i eksperymentu. W w tym przypadku rozmawiamy o idea geometryzacji materii i jej oddziaływań, który po raz pierwszy z powodzeniem wprowadził do fizyki Einstein w swojej Ogólnej teorii względności (choć oczywiście wyraził to wcześniej Clifford). O pomysły, eidos(według Platona) memy(według Dawkinsa) my.

zwiktorm pisze:

Jeśli chodzi o wielość światów, każda teoria zawierająca dodatkowe wymiary nieuchronnie dopuszcza obecność wielu wszechświatów.

Nie jest to dla mnie do końca jasne w odniesieniu do modelu Kaluzy-Kleina. Czasoprzestrzeń 3+1 wymiarowa + zwarty piąty wymiar jeden wszechświat(nasz). Gdzie jest drugi wszechświat (i inne)?

zwiktorm pisze:

To organiczny charakter unifikacji ogólnej teorii względności i zawartej w niej teorii elektromagnetyzmu można uznać za argument...

To mniej więcej odpowiada zasada piękna teorii Einsteina: kiedy powstaje nowy pomysł-eidos-mem, z którego na poziomie teorii wszystko, co stare, zostaje nagle organicznie i prosto („pięknie”) zjednoczone i wyjaśnione. To rzeczywiście mocny argument, ale... czysto spekulacyjnie, bez bezpośrednia relacja do eksperymentu. I tak na przykład Kopernik kierował się pragnieniem uproszczać system Świata Ptolemeuszy, porośnięty już epicyklami, przycinkami i równaniami, ale jednocześnie dający bardzo dobrą zbieżność z doświadczeniem. Uderzające podobieństwo sytuacji do współczesnego Modelu Standardowego, co daje doskonałą zgodność z eksperymentem! I utrzymane zostały idee-eidos w systemie ptolemejskim: 1) geocentryczność, tj. położenie stworzonej przez Boga Ziemi w centrum Świata i 2) idealna okrągłość ruch jednolity boskie ciała niebieskie - planety. Wszystkie „dzwonki i gwizdki” w systemie Ptolemeusza zostały podporządkowane chęci zachowania tych „niezawodnych i sprawdzonych przez stulecia” eidos. Podobnie jak w Modelu Standardowym – tak idea symetrii i jej późniejsze łamanie a wysiłki większości fizyków teoretyków drugiej połowy XX i początku XXI wieku badających cząstki mają na celu zachowanie (nawet przy zastosowaniu z nowej perspektywy, ale mimo to zachowaj) idee-eidos, zrodzone podczas rewolucji w fizyce pierwszej trzeciej XX wieku. Idea symetrii jest jedną z nich (ale oczywiście nie jedyną!). W efekcie powstały te „dzwonki i gwizdki”, które doprowadziły do ​​powstania Modelu Standardowego (symetrie cząstek, pola cechowania, mechanizm Higgsa itp.) i dalej – modelu supersymetria(istnieją już symetrie między fermionami i bozonami). I za Kopernika, tak jak i teraz, wszystko wydawało się być w porządku... Zwolennicy roli nauki, jako służebnic praktyki, byli zadowoleni - według efemeryd luminarzy, obliczonych według Ptolemeusza, można było spokojnie żeglować statki z towarami na wszystkie krańce świata. Tylko tu jeden szkopuł... Dociekliwy umysł Kopernika (ach, ci „mądrzy”!) nie jest jasne, co fizyczne ( lub, ściślej, dla tamtej epoki - boskie) znaczenie fakt, że planety nie poruszają się po kręgach geocentrycznych, ale po epicyklach, a nawet przesuwają się do równików? Teraz też staje się to coraz bardziej niejasne – jaki jest fizyczny sens supersymetrie, czy np. procedury renormalizacyjne, albo dlaczego istnieją tylko 3 generacje leptonów i kwarków, itp., itp. Nie wspominając już o fizycznym znaczeniu złożoności i prawdopodobieństwa funkcji psi... Kopernik zaproponował jako wyjście z tej sytuacji nowy pomysł-eidos- heliocentryzm i tak dalej organicznie i prosto wyjaśnione. To prawda, że ​​\u200b\u200bz „zgodnością z doświadczeniem” nie radził sobie dobrze: system Ptolemeusza zapewniał znacznie większą dokładność efemeryd. A wszystko dlatego, że Kopernik „nie dorósł” eidos eliptyczności orbit, który odkrył dopiero Kepler i wyjaśnił Newton. Zatem model Kopernika był w najlepszym razie hipotezą, ale najważniejsze w nim było nowe eidos(ściśle mówiąc, nie całkiem nowe: idee Ptolemeusza i idee Kopernika, i idee Keplera pochodzą ze starożytności, ale badacze ci stosowali je już od starożytności wysoki poziom specyfika i kompleksowość).

Więc Czy współczesna fizyka cząstek nie potrzebuje nowych idei – eidos, a nie niekończącej się „ekspansji” starych?

Ilia! Właściwie sens mojego komentarza dotyczył wyłącznie niejasny wybór„argumenty” – hipotezy dotyczące hipotezy wielości światów.

Jako przykład przytoczyłem teorię Kaluzy-Kleina, która może liczyć na argumentację jej istnienia w większym stopniu niż te podane w artykule. Jeśli chodzi o hipotetyczny charakter GTR i teorii z nim związanych, to zagadnienie to jest dość złożone i wymaga omówienia zagadnień w formie pewnych konstrukcji matematycznych. Co więcej, nie mówiłem o absolutnej wiarygodności takich teorii, jak teoria Wielkiego Wybuchu (BBT) i kosmologiczny model inflacji (CIM). Można jednak założyć, że nawet w przypadku istotnej modyfikacji GTR główne elementy TBT i MKI mogą pozostać niezmienione. Na przykład rozwiązania Friedmana mają także klasyczny odpowiednik - eksplozję kulistego obiektu w płaskiej przestrzeni. Dlatego wszystkie te teorie są w takim czy innym stopniu hipotetyczne.

A jeśli chodzi o teorię Kalutsy-Klein. Po pierwsze, zagęszczenie nie jest koniecznym atrybutem teorii Kaluzy-Kleina. Kompaktację wprowadzono, żeby wyjaśnić fakt, że nie obserwujemy dodatkowych wymiarów. Pomysł zagęszczenia to tylko jedna z opcji. Po drugie, jeśli obserwowana przestrzeń jest trójwymiarowa, a ogólna ma wymiar n+1, to w tej otaczającej przestrzeni zmieści się dowolna liczba przestrzeni trójwymiarowych. Na przykład zagęszczenie może być wielowartościowe. W każdej teorii wielowymiarowej jest miejsce na wiele światów. Po trzecie, organiczne połączenie ogólnej teorii względności i elektromagnetyzmu w teorii Kaluzy-Kleina dostarcza jedynie argumentu na rzecz tej teorii, ale nie czyni jej prawdziwą.

Teraz o jakie pomysły są potrzebne współczesna fizyka . Każda nauka zawsze potrzebuje owocnych pomysłów, które mogą w maksymalnym stopniu wyjaśnić obserwowane zjawiska. Możesz nazwać te pomysły jak chcesz. To nie jest ważne. W czasach Arystotelesa owocnym pomysłem była idea epicyklów, w czasach Keplera – teoria orbit eliptycznych. Nieco później ich miejsce zajęła mechanika niebieska. Idee symetrii zawsze były przydatne, jeśli nie podniesione do rangi absolutu. Dlatego współczesna fizyka, tak jak w każdym innym czasie, potrzebuje nowych pomysłów.

Jednak, jak powiedział Khoja Nasreddin, nieważne, jak często mówisz to słowo cukier, To nie sprawi, że twoje usta będą słodsze. Trzeba szukać i testować te pomysły, szukać i testować... . Po prostu nie ma innego przepisu niż wspaniały pomysł naukowego szturchania. Jeśli da się coś zastosować ze starego bagażu, to jest to po prostu szczęście, a konserwatyzm w nauce, jeśli nie przekracza pewnej granicy, jest pożyteczny w tym sensie, że eliminuje bezpodstawne teorie. Niestety, nie zawsze jest to podtrzymywane w nauce, a wiele teorii zbyt długo czekało na zastosowanie. Cóż, jest to już zdeterminowane sytuacją w społeczeństwie i nauce jako całości.

zwiktorm pisze:

Współczesna fizyka potrzebuje nowych pomysłów, tak jak w każdym innym czasie.

Jednak, jak powiedział Khoja Nasreddin, niezależnie od tego, jak często będziesz wypowiadać słowo „cukier”, Twoje usta nie staną się słodsze. Trzeba szukać i testować te pomysły, szukać i testować... . Po prostu nie ma innego przepisu niż wspaniały pomysł naukowego szturchania.

Co do cukru się zgodzę, ale metoda naukowego szturchania (brutalna siła) jest, delikatnie mówiąc, nienajlepsza skuteczna metoda szukaj. Muszę się uczyć ogólne wzorce rozwój wiedza fizyczna i podążaj za nimi bardziej świadomie w poszukiwaniu nowych fundamentalnych i skuteczne pomysły. Być może jednak właśnie to znajduje odzwierciedlenie w charakterystyce szturchnięcia, as naukowy?

Chciałbym wyrazić swoją opinię na temat tego, co społeczeństwo, a zatem i my, w pewnym stopniu, możemy zrobić, aby zwiększyć prawdopodobieństwo pojawienia się nowych podstawowych idei i teorii fizycznych. Co możemy robić (robić) tu i teraz i nie czekaj, aż się losowo pojawią.

zwiktorm pisze:

Jeśli da się coś zastosować ze starego bagażu, to jest to po prostu szczęście, a konserwatyzm w nauce, jeśli nie przekracza pewnej granicy, jest pożyteczny w tym sensie, że eliminuje bezpodstawne teorie. Niestety, nie zawsze jest to podtrzymywane w nauce, a wiele teorii zbyt długo czekało na zastosowanie. Cóż, jest to już zdeterminowane sytuacją w społeczeństwie i nauce jako całości.

Nauka

Wszechświat, w którym żyjemy, nie jest jedyny w swoim rodzaju. W rzeczywistości jest ona tylko jedną jednostką nieskończonej liczby wszechświatów, których całość nazywa się Wieloświat.

Twierdzenie, że istniejemy w Multiwersum, może wydawać się fantazją, ale kryje się za tym wiele powodów. prawdziwe naukowe wyjaśnienia. Ogromna liczba teorii fizycznych niezależnie wskazuje, że Wieloświat naprawdę istnieje.

Zapraszamy do zapoznania się z najsłynniejszymi teoriami naukowymi, które potwierdzają fakt, że nasz Wszechświat jest jedynie cząstką Multiwersum.

1) Nieskończoność wszechświatów

Naukowcy nie są jeszcze pewni, jaki kształt ma czasoprzestrzeń, ale jest to najprawdopodobniejsze ten model fizyczny ma płaski kształt(w przeciwieństwie do kształtu kulistego lub pączka) i rozciąga się w nieskończoność. Jeśli czasoprzestrzeń jest nieskończona, w pewnym momencie musi się powtórzyć. Wynika to z faktu, że cząstki można ułożyć w przestrzeni i czasie w określony sposób, a liczba tych sposobów jest ograniczona.

Jeśli więc spojrzysz wystarczająco daleko, możesz natknąć się na inną wersję siebie, a raczej nieskończonej liczby opcji. Niektóre z tych bliźniaków będą robić to samo, co Ty, inne będą nosić inne ubrania, wykonywać inną pracę i dokonywać różnych wyborów życiowych.

Trudno sobie wyobrazić wielkość naszego wszechświata. Cząsteczki światła pokonują odległość od środka do krawędzi w ciągu 13,7 miliardów lat. Dokładnie tyle lat temu miał miejsce Wielki Wybuch. Czasoprzestrzeń poza tą odległością można uznać za odrębny wszechświat. W ten sposób istnieje wiele wszechświatów obok siebie, reprezentujących nieskończenie gigantyczną patchworkową kołdrę.

2) Wszechświat bąbelkowego giganta

W świat naukowy Istnieją inne teorie rozwoju wszechświatów, do których zalicza się teoria tzw Chaotyczna teoria inflacji . Według tej teorii wszechświat zaczął się szybko rozszerzać po Wielkim Wybuchu. Ten proces przypominał nadąć balon który jest wypełniony gazem.

Chaotyczną teorię inflacji po raz pierwszy zaproponował kosmolog Alexander Videnkin. Teoria ta sugeruje, że niektóre części przestrzeni zatrzymują się, podczas gdy inne nadal się rozszerzają pozwalając na utworzenie izolowanych „wszechświatów bańkowych”..

Nasz własny wszechświat to tylko mała bańka na rozległej przestrzeni kosmicznej, w której znajduje się nieskończona liczba podobnych bąbelków. W niektórych z tych bąbelkowych wszechświatów prawa fizyki i podstawowe stałe mogą różnić się od naszych. Te prawa mogą wydawać się nam więcej niż dziwne.

3) Wszechświaty równoległe

Inna teoria wywodząca się z teorii strun głosi, że istnieje koncepcja wszechświatów równoległych. Idea światów równoległych wynika z możliwości, że istnieje o wiele więcej wymiarów, niż możemy sobie wyobrazić. Według naszych wyobrażeń dzisiaj są 3 wymiary przestrzenne i 1 czasowy.

Fizyk Briana Greene’a z Uniwersytet Columbia opisuje to tak: „Nasz wszechświat to jeden «blok» z ogromnej liczby «bloków» unoszących się w wielowymiarowej przestrzeni.”

Ponadto, zgodnie z tą teorią, wszechświaty nie zawsze są równoległe i nie zawsze są poza naszym zasięgiem. Czasami mogą wcisnąć się w siebie, powodując powtarzające się Wielkie Wybuchy, które przywracają wszechświaty do porządku pozycja początkowa znowu i znowu.

4) Wszechświaty-córki - kolejna teoria powstawania wszechświatów

Teoria mechaniki kwantowej, która opiera się na koncepcjach małego świata cząstki elementarne, sugeruje inny sposób tworzenia wielu wszechświatów. Mechanika kwartowa opisuje świat w kategoriach prawdopodobieństwa, unikając jednocześnie wyciągania ostatecznych wniosków.

Modele matematyczne, zgodnie z tą teorią, mogą zakładać wszystkie możliwe wyniki sytuacji. Na przykład na skrzyżowaniu, na którym można skręcić w prawo lub w lewo, obecny wszechświat tworzy dwa wszechświaty-córki, w jednym można jechać w prawo, a w drugim w lewo.

5) Wszechświaty matematyczne – hipoteza powstania wszechświata

Naukowcy przez długi czas debatowano, czy matematyka użyteczne narzędzie opisać wszechświat, czy też sam jest podstawową rzeczywistością i nasze obserwacje są jedynie niedoskonałym przedstawieniem prawdziwej natury matematycznej.

Jeśli to drugie jest prawdą, być może szczególna struktura matematyczna kształtująca nasz wszechświat nie jest jedyną opcją. Inne możliwe struktury matematyczne mogą istnieć niezależnie w oddzielnych wszechświatach.

„Struktura matematyczna to coś, co można opisać całkowicie niezależnie od naszej wiedzy i koncepcji,- mówi Maks Tegmark, profesor Massachusetts Institute of Technology, autor tej hipotezy. – Osobiście wierzę, że gdzieś istnieje wszechświat, który może istnieć całkowicie niezależnie ode mnie i będzie istniał nawet wtedy, gdy nie będzie w nim ludzi.”

Wieloświat, o którym pisze Sean Carroll, kosmolog i autor popularnej książki „Wieczność”, niedawno wydanej w języku rosyjskim. W poszukiwaniu ostatecznej teorii czasu” to hipoteza dotycząca struktury naszego Wszechświata poza obszarem dostępnym dla naszych obserwacji.

Co to znaczy? Prędkość światła jest ograniczona, a Wszechświat rozszerza się we wszystkich kierunkach – jednocześnie widzimy tylko pewną część przestrzeni. I wcale nie jest faktem, że świat na zewnątrz jest zbudowany w taki sam sposób, jak w sąsiedztwie Ziemi. Hipotetycznie poza sferą dostępną do obserwacji może panować np. zupełnie inny stosunek zwykłych i Ciemna materia. A może zadziała coś innego? zasady fizyczne aż do zwiększenia liczby pomiarów.

Zdrowy rozsądek podpowiada nam oczywiście, że właściwości Wszechświata powinny być wszędzie takie same. Jednakże „zdrowy rozsądek” nie jest zbyt dobry dla kosmologii, nauki o czasoprzestrzeni prowadzonej na bardzo dużą skalę. Założenie, że znanej materii we Wszechświecie jest kilkadziesiąt razy mniej niż jakiejś tajemniczej ciemnej materii, jest również całkowicie sprzeczne ze zdrowym rozsądkiem, ale właśnie w takim świecie, składającym się głównie z ciemnej materii, dziś żyjemy. Problem z koncepcją, że wszechświat zmienia się dramatycznie w miejscach, których już nie możemy zobaczyć, nie polega na tym, że jest to niezwykłe, ale na tym, że takiej idei nie można przetestować.

Wszechświat o hipotetycznie odmiennych prawach fizycznych nazywany jest multiwersem kosmologicznym. Taki Wszechświat jest geometrycznie jednolity – w tym sensie, że pomiędzy dowolnymi dwoma jego punktami można poprowadzić ciągłą linię bez konieczności budowania portali czy innych egzotycznych obiektów. I tego kosmologicznego wieloświata nie należy mylić np. wielokrotny wszechświat w wieloświatowej interpretacji mechaniki kwantowej.

Mechanika kwantowa wielu światów

Na drugim końcu „siatki skali wszechświata” znajduje się mikroświat, w którym opisane są wydarzenia mechanika kwantowa. Wiemy już, że cząstki elementarne: elektrony, kwarki, gluony i ich inni bracia zachowują się według zasad, których nie przestrzega się w świecie, do którego jesteśmy przyzwyczajeni. Zatem każdą cząstkę w mechanice kwantowej można uważać za falę i pozornie „stałe” atomy, które w kurs szkolny chemia jest przedstawiana jako kulki; kiedy zderzą się z przeszkodą, rozproszą się jak fale. Każdy obiekt kwantowy opisywany jest matematycznie nie jako kula czy punkt ograniczony przestrzennie, ale jako funkcja falowa – istniejąca jednocześnie we wszystkich punktach trajektorii jego ruchu w przestrzeni. Możemy jedynie obliczyć prawdopodobieństwo jego wykrycia w konkretnym miejscu. Wielkości takie jak pęd cząstki, jej energia i inne egzotyczne cechy podobnie jak spin, są również obliczane z funkcji falowej: możemy powiedzieć, że ten matematyczny obiekt obejmujący całą przestrzeń jest podstawową podstawą mechaniki kwantowej i całej fizyki XX wieku.

Obliczenia wykonane na podstawie funkcji falowych i operatorów (operatory pozwalają uzyskać z funkcji falowej określone wielkości) doskonale pokrywają się z rzeczywistością. Na przykład elektrodynamika kwantowa jest dziś najdokładniejszym modelem fizycznym w historii ludzkości, a technologie kwantowe obejmują lasery, całą współczesną mikroelektronikę, szybki Internet, do którego jesteśmy przyzwyczajeni, a nawet szereg leków: poszukiwanie obiecujących substancji do medycyna prowadzona jest również poprzez modelowanie interakcji cząsteczek między sobą z przyjacielem. Z stosowanego punktu widzenia modele kwantowe są bardzo dobre, ale na poziomie koncepcyjnym pojawia się problem.

Istota tego problemu polega na tym, że obiekty kwantowe mogą zostać zniszczone: na przykład wtedy, gdy foton (kwant światła) spadnie na czujnik kamery lub po prostu zderzy się z nieprzezroczystą powierzchnią. Do tego momentu foton był doskonale opisywany przez funkcję falową, a po chwili rozciągnięta w przestrzeni fala znika: okazuje się, że jakaś zmiana dotknęła cały Wszechświat i nastąpiła szybciej niż prędkość światła (czy to w ogóle możliwe ?). Jest to problematyczne nawet w przypadku pojedynczego fotonu, ale co z funkcją falową dwóch fotonów emitowanych z tego samego źródła w dwóch przeciwnych kierunkach? Jeśli np. takie dwa fotony narodziły się blisko powierzchni odległej gwiazdy i jeden z nich został uchwycony przez ziemski teleskop, to co z drugim, oddalonym o wiele lat świetlnych? Formalnie kształtuje się ujednolicony system z pierwszą, ale trudno sobie wyobrazić scenariusz, w którym zmiana w jednej części systemu jest natychmiast przenoszona na wszystkie pozostałe części. Innym przykładem układu kwantowego, dla którego zanik funkcji falowej prowadzi do problemów koncepcyjnych, jest słynny kot Schrödingera, który jest w środku zamknięte pudełko z urządzeniem, które w oparciu o probabilistyczny proces kwantowy albo rozbija ampułkę z trucizną, albo pozostawia ją nienaruszoną. Przed otwarciem pudełka kot Schrödingera okazuje się jednocześnie żywy i martwy: jego stan odzwierciedla funkcję falową układu kwantowego wewnątrz mechanizmu z trucizną.

Najpopularniejsza interpretacja mechaniki kwantowej, kopenhaska, sugeruje po prostu pogodzenie się z paradoksalną naturą świata i przyznanie, że tak, mimo wszystko, fala/cząstka znika natychmiast. Alternatywą dla niej jest interpretacja wieloświatowa. Według niej nasz Wszechświat to zbiór nie oddziałujących ze sobą światów, z których każdy reprezentuje jeden stan kwantowy: po otwarciu pudełka z kotem pojawiają się dwa światy - w jednym kot żyje, a w drugim nie żyje. Kiedy foton przechodzi przez półprzezroczyste zwierciadło, świat również dzieli się na dwie części: w jednym kwant światła odbija się od powierzchni, a w drugim nie. I tak każdy proces kwantowy prowadzi do pojawienia się coraz większej liczby nowych światów-gałęzi.

Teoretycznie niektóre z tych gałęzi mogą bardzo różnić się od naszych. Jeden atom lecący w złym kierunku wkrótce po Wielkim Wybuchu mógł równie dobrze doprowadzić do innego rozkładu gorącego gazu, narodzin gwiazd w zupełnie innych miejscach, a ostatecznie do tego, że Ziemia w ogóle nie powstała. Ale obrazu tego nie można nazwać problemem wieloświatowej interpretacji. Prawdziwym problemem jest niemożność sprawdzenia w praktyce poprawności takiego rozumienia mechaniki kwantowej: poszczególne składniki Wszechświata wielorakiego z definicji nie oddziałują ze sobą.

Gdzieś być może jest Ziemia zamieszkana przez inteligentne dinozaury, gdzieś Wielkie Imperium Mongołów wylądowało na księżycach Jowisza w 1564 roku, ale między tymi światami nie ma portali - w rezultacie się rozeszły procesy kwantowe w odległej przeszłości. Teoria, która sugerowałaby możliwość wejścia do jednego z tych światów, z punktu widzenia filozofii nauki, byłaby nie mniej, ale bardziej naukowa, ponieważ można by ją spróbować przetestować.

Sfałszuj to

Pomysł, że Eurazja wkrótce zostanie opanowana przez inteligentne dinozaury z karabinami laserowymi, które przedostały się przez portal z przeszłości, jest intuicyjnie postrzegany jako podstawa filmu czysto science fiction, ale filozofia nauki nie opiera się na intuicji. Naukowy charakter takiego pomysłu jest kwestionowany nie ze względu na jego podobieństwo do taniej fikcji, ale dlatego, że szereg konsekwencji tego pomysłu jest sprzecznych z rzeczywistymi danymi.

Na przykład podróże w czasie naruszyłyby szereg praw fizycznych, które jak dotąd bardzo dobrze się sprawdzają. Prawo zachowania energii działa wszędzie: ludzkość przeprowadziła wiele eksperymentów, aby je przetestować, a nawet urządzenia codziennego użytku, od baterii grzewczej po smartfon, potwierdzają, że energia nigdzie nie znika. A jeśli tak, to oczekiwanie, aż „zniknie” w „portalu czasu” jest dość dziwne. Poza tym podróż w czasie powinna prowadzić do całego szeregu innych paradoksów – sytuacji, dla których nie zaobserwowaliśmy analogii i które zaprzeczają logicznym konsekwencjom zgromadzonego doświadczenia. Weźmy na przykład „paradoks dziadka”: sytuacja, w której podróżnik w czasie spotyka swoich przodków i uniemożliwia im posiadanie potomstwa, jest oczywiście możliwa i niemożliwa jednocześnie.

Hipoteza o najeźdźcach dinozaurów z przeszłości może wejść na pole nauki, pod warunkiem, że da możliwość sprawdzenia się: np. jej autorzy opisują schemat rzekomego portalu czasu. A jeśli taki portal nie zadziała, hipotezę trzeba będzie odrzucić. Jeśli autorzy hipotezy twierdzą, że np. dinozaurom groziło wyginięcie, można to również porównać z wynikami wykopalisk paleontologicznych i szeregiem innych faktów; hipoteza naukowa musi być zasadniczo sprawdzalna. Wreszcie stwierdzenie typu „portal zostanie otwarty 4 listopada 2018 r.” jest najłatwiejsze do zweryfikowania i być może dlatego wielu autorów teorii spiskowych unika takich przewidywań lub je jeszcze bardziej wycofuje.

Hipotezy naukowe muszą być falsyfikowalne, to znaczy muszą zostać sprawdzone pod kątem falsyfikacji. Fałszowanie nie jest manipulacją faktami, jak mogłoby się wydawać. Falsyfikowalna hipoteza w swoim sformułowaniu stwierdza, że ​​jest ona fałszywa, jeśli uzyskuje się takie a takie konkretne dane eksperymentalne. Jeśli hipoteza mówi, że podróże w czasie są możliwe i pewnego dnia przybędą do nas z przeszłości dinozaury wyposażone w bojowe lasery, to wyprawa w przeszłość, która odnotuje śmierć dinozaurów bez pojawienia się broni laserowej, będzie falsyfikatem. Lub, bardziej realistycznie, odkrycie szczątków starożytnych jaszczurek bez tego, co przewidywała ta sama hipoteza rozwinięty mózg. Jeśli żywe i bardzo inteligentne dinozaury kryją się w jakiejś innej przeszłości, to trzeba wyjaśnić, jak tę inną przeszłość sprawdzić. Jeśli nie da się przetestować hipotezy, nie oznacza to nawet, że jest ona fałszywa. Oznacza to, że nie mamy do czynienia z hipotezą naukową, ale bezsensowną paplaniną i dlatego musimy ją odpowiednio potraktować.

Karla Poppera, który sformułował zasadę falsyfikowalności. Później jego pomysły były rozwijane i uzupełniane, ale kryterium to do dziś jest popularne wśród fizyków. Autor: biblioteka LSE, Brak ograniczeń

Z tego punktu widzenia wiele z nich jest całkowicie niesamowitych zdrowy rozsądek hipotezy można uznać za całkowicie naukowe, o ile nie są niemożliwe do sprawdzenia i o ile istnieje zasadnicza możliwość uzyskania faktów obalających te hipotezy. Zarówno mechanika kwantowa, jak i teoria względności oferowały bardzo nietypowy obraz świata, zostały jednak sprawdzone w praktyce i pozwoliły na możliwość obalenia. Poza fizyką przykładem teorii, która zrewolucjonizowała rozumienie świata przez ludzi, jest koncepcja ewolucji i doboru naturalnego. Pomysł, że cała nasza dziedziczność jest zdeterminowana przez cząsteczki DNA, pomysł, że gwiazdy świecą w wyniku fuzji atomów, pomysł, że kontynenty powoli dryfują po lepkiej powierzchni płaszcza Ziemi – wszystko to kiedyś również brzmiało bardzo, bardzo nietypowo i sprzeczne z intuicją, ale trafiły na pole naukowe wraz z innymi, przekonującymi, ale odrzuconymi hipotezami. Idea falsyfikowalności wiedza naukowa została zaproponowana przez Karla Poppera w 1935 roku i od tego czasu jest wymieniana przez wielu naukowców jako kryterium charakteru naukowego.

Debaty wokół nauki

Mechaniki kwantowej wielu światów i multiwersu kosmologicznego nie można zasadniczo zweryfikować i według wielu naukowców należy je wywnioskować z liczby koncepcje naukowe. Tak więc na stronach najbardziej autorytatywnych Natura w 2014 roku ukazał się felieton George’a Ellisa i Joe Silka (obaj wybitni kosmolodzy), w którym nawoływano do porzucenia tych koncepcji jako naukowych, a zarazem teorii strun, która dopuszcza zbyt wiele wariantów rzeczywistości. Jak napisali niezadowoleni autorzy, „zwolennicy [teorii strun] zawsze będą twierdzić, że nie widzimy przewidywanych przez nich cząstek, ponieważ brakuje nam energii akceleratorów”.

Sean Carroll, którego multiwers kosmologiczny wspomnieliśmy powyżej, na początku 2018 roku przedstawił artykuł, w którym zaproponował porzucenie kryterium falsyfikowalności, kontynuując w ten sposób swoje kontrowersje z Ellisem i Silkiem. Według Carrolla za falsyfikowalnością Poppera kryją się właściwie dwa inne kryteria: teoria naukowa musi być określona i poparta doświadczeniem. Kosmologiczny wieloświat można opisać bardzo specyficznym językiem, a konsekwencje tej hipotezy dotyczą nie tylko zasadniczo nieobserwowalnych, ale także dostępnych części Wszechświata. Carroll zaproponował także własną klasyfikację teorii: od „w zasadzie całkowicie nietestowalnych” do tych ze ścisłymi kryteriami weryfikacji – np. hipotezę można sprawdzić jedynie przy użyciu akceleratora wielkości naszej galaktyki lub dziesiątek miliardów lat ciągłych obserwacji.

Astrofizyk podkreśla także inne problemy związane z kryteriami naukowymi. Jego zdaniem wymóg falsyfikowalności nie jest jedynym, ani nawet głównym. Jako dowód proponuje rozważyć dwie teorie grawitacji: ogólną teorię względności i jej własną, ale z dodatkowym stwierdzeniem stwierdzającym, że od 2100 roku grawitacja zmieni znak, zastępując przyciąganie mas odpychaniem. Formalnie taki model jest dość testowalny, jednak „każdy rozsądny naukowiec bardziej zaufa pierwszej teorii, nawet jeśli jest ona równie uzasadniona i równie falsyfikowalna”. Teorię o zaniku grawitacji w roku 2100 należy odrzucić nie dlatego, że jest falsyfikowalna, ale dlatego, że zawiera niepotrzebne komplikacje, które same w sobie niczego nie wnoszą – ani zwiększenia trafności przewidywań, ani możliwości uzyskania nowych wyników.

Teorii wieloświata nie można bezpośrednio przetestować, ale zdaniem Carrolla można ją zaliczyć do naukową, ponieważ nie zaprzecza istniejącym danym i pozwala na dokonanie szeregu pośrednich przewidywań. Co więcej, wybrania teorii odrzucającej istnienie wieloświata i twierdzącej, że Wszechświat jest jednorodny, nie można nazwać naukowym z dokładnie tego samego powodu: jeśli nigdy nie zobaczymy całego Wszechświata, jak możemy być pewni jego właściwości?

Przeciwnicy Carrolla zwracają uwagę, że bez wsparcia danymi eksperymentalnymi nie będzie ani elegancji teorii, ani jej niezastępowalności (teoria strun, jak już wspomnieliśmy, jest dziś być może jedyną kandydatką do roli zunifikowanej teorii wszystkich pól podstawowych, w tym grawitacji) , ale jednocześnie ma problemy z falsyfikowalnością – nikt nigdy żadnych sznurków, membran czy bran nie widział i nie jest faktem, że kiedykolwiek będzie w stanie) nie mogą być wiarygodnymi kryteriami.

Argument Carrolla jest zasadny. Fizyk Sabine Hossenfelder, omawiając na swoim blogu „problem falsyfikowalności”, wspomina najdziwniejsze przemówienie na konferencji. Mówca zasugerował, że cząstki ciemnej materii mogą skupiać się w dyskach, podobne tematy, które w pewnych warunkach tworzą cząstki zwykłej materii wokół np. masywnych ciał. I może wszystko byłoby w porządku, gdyby prelegentka nie kontynuowała, że ​​jej zdaniem Układ Słoneczny okresowo przechodzi przez podobny dysk ciemnej materii i to właśnie tam powinniśmy szukać przyczyn masowych wymierań na Ziemi. „Ale dlaczego dokładnie cząstki ciemnej materii? Dlaczego taki rodzaj interakcji?” – zadali pytanie na miejscu – wspomina Hossenfelder. Odpowiedź była następująca: „ Nie wiem, ale możemy to sprawdzić».

Rzeczywiście, taka teoria jest falsyfikowalna. Nie pozostaje nic innego, jak czekać na następny masowe wymieranie, uzbrojony niezbędne narzędzia do wykrywania ciemnej materii. Pozostało tylko zdobyć dotację na to przedsięwzięcie.

Dlatego sama Hossenfelder skłonna jest zgodzić się, że wymóg prostoty należy uznać za kolejny warunek konieczny oddzielenia hipotezy „racjonalnie naukowej” od hipotezy „nienaukowej” i dlatego odrzuca ideę wieloświata - ze względu na redundancję i nadmierną złożoność.

Jaki jest wynik?

Jak widać, wiele światów równoległych to idea podzielana przez przynajmniej część naukowców mówimy o O poważnymi specjalistami w swojej dziedzinie, którzy doskonale władają metodami i nie zostali zauważeni w żadnych jawnie pseudonaukowych wystąpieniach. Ale nawet oni przyznają, że po pierwsze, wielość wszechświatów nie zmienia niczego w dostępnych nam skalach (niestety, będziemy musieli żyć bez portali do alternatywnej Ziemi), a po drugie, hipotezy te nie odpowiadają jednej z najczęstsze kryteria wiedzy naukowej. Innymi słowy, są eleganckie, ciekawe, ale najwyraźniej nie mieszczą się w kategorii czystej fizyki Badania naukowe.

Aleksiej Tymoszenko