Готовый перевод String Theory for Dummies / Теория струн для «чайников»: Exploring the Multiverse: A Theory of Parallel Universes

Знакомство с Мультивселенной: Теория Параллельных Вселенных.

Мультивселенная - это теория,в которой наша вселенная не единственная; в ней утверждается, что многие вселенные существуют параллельно друг другу.

Эти разные вселенные в теории мультивселенной называются "Параллельные вселенные".

Множество различных теорий склоняются к точке зрения о мультивселенной.

Мультивселенная в религии и философии.

Идея физической мультивселенной появилась в физике позже, чем в некоторых других областях.

В индуистской религии есть подобные древние концепции.

Сам термин был, вероятно, впервые применен психологом, а не физиком.

Концепции мультивселенной просматриваются в циклических бесконечных мирах древней индуистской космологии.

С этой точки зрения, наш мир является одним из бесконечного числа миров, каждый из которых управляется своим богом и своим циклом созидания и разрушения.

Слово "Мультивселенная" впервые было применено американским психологом Уильямом Джеймсом в 1895 году.

(Слово "мораль" исключено из некоторых цитат этого отрывка):

Видимая природа пластична и нейтральна, и это не [моральная] вселенная, а [моральная] мультивселенная, если ее можно так назвать.

Эта фраза приобрела известность в двадцатом веке, когда её начали постоянно использовать в научной фантастике и фэнтази, в частности, в работе Майкла Муркока (хотя некоторые источники приписывают эти слова более ранней работе писателя и философа Джона Коупера Поуиса в 1950).

Теперь эта фраза общая для данных сфер.

Согласно некоторым теориям, существуют ваши копии в других вселенных, сидящие здесь и сейчас на вашем месте и читающие эту книгу, и другие ваши копии, занимающиеся чем-то ещё в других вселенных.

Иные теории содержат параллельные вселенные, которые настолько радикально отличаются от нашей собственной, что подчиняются совершенно иным фундаментальным законам физики (или, по крайней мере, те же самые законы проявляются фундаментально иными способами), рушатся и расширяются настолько быстро, что жизнь не может развиться.

Не все физики по-настоящему верят в существование подобных вселенных.

Ещё меньше считают, что когда-нибудь станет возможным связаться с этими параллельными вселенными. Вероятно, нам для этого не хватит даже всего периодна истории нашей вселенной.

Другие верят в изречение квантовой физики о том, что если что-то возможно, это обязано произойти где-то и когда-нибудь, то есть, возможно неминуемо, что квантовые эффекты позволят установить связь между параллельными вселенными.

Согласно космологу Максу Тегмарку из МТИ, есть четыре уровня параллельных всленных:

* Уровень 1: Бесконечная вселеннаня, которая, по законам вероятности, должна содержать копию Земли.

• Уровень 2: Другие дальние области пространства с отличными физическими параметрами, но с такими же основными законами.

• Уровень 3: Другие вселенные, в которых любая возможность, которая может существовать, существует, как и описано Многомировой интерпретацией (ММИ) квантовой физики

Уровень 4: Совершенно отличающиеся вселенные, которые даже не могут быть связаны с нашей каким либо вразумительным способом и, весьма вероятно, имеют совершенно другие фундаментальные физически законы

Последующие разделы рассматривают каждый из этих уровней более подробно.

Подход Тегмарка является одной из немногих попыток вразумительно классифицировать понятия параллельных вселенных по научному (или, как некоторые считают, псевдонаучному).

Весь доклад Тегмарка 2003 года по этой теме доступен на его сайте МТИ space.mit.edu/home/tegmark/multiverse.pdf, для тех, кто не верит, что эти понятия являются научными.

(Они могут и не быть научными, и если это так, по крайне мере, они являются ненаучными размышлениями ученого.)

Множество миров: злободневная тема

Раньше астрономия обеспечивала кое-какую поддержку существованию множественности миров, взгляда, который был настолько противоречив, что поспособствовал гибели, по меньшей мере одного человека.

Это множество миров, и в конечном итоге параллельных миров, коренились на идеях бесконечной вселенной, так же как и идеи параллельных вселенных, представленных в этой главе.

Итальянский философ Джордан Бруно (1548 – 1600) был казнен за разнообразную ересь в адрес католической церкви.

Хотя Бруно и был сторонником системы Коперника, его ненормальные убеждения шли значительно дальше ее: он верил в вечную и бесконечную вселенную, которая содержала множество миров.

Бруно рассуждал, так как Бог был бесконечным, его творение должно было бы быть похожим на бесконечность.

Каждая звезда была другим солнцем, как наше собственное, вокруг которого другие миры вращались.

Он не считал, что такого рода точки зрения были противоположны священному писанию.

Справедливости ради по отношению к каталической церкви стоит упомянуть, что Бруно был казнен не только лишь за веру в другие миры.

Его список ереси был большим и разнообразным, включая отрицания девственности Марии, божественности Христа, Троицу, боговоплощение и пресуществление.

Он также верил в реинкарнацию и был обвинен в практиковании магией.

Это не означает, что любая (из всех) точек зрения гарантировала смерть, но в то время, было сложно избежать таких обвинений живым.

В 1686, французский писатель Бернар Ле Бовье де Фонтенель написал "Разговоры о множественности миров", что было одной из первой книг на научные темы, которая адресовалась широким массам и была написана на французском, а не на латинском, который был свойственен ученым.

В Разговорах, он объясняет гелиоцентрическую модель вселенной Коперника и рассматривает инопланетную жизнь.

Хотя другие просветители — вероятно даже Джон Адамс и Бенжамин Франклин, по некоторым мнениям — были согласны с этими точками зрения, пройдет еще много лет прежде, чем множество миров расширится до множества вселенных.

В 1871, французский политический оппозиционер Луи Огюст Бланки написал — находясь в тюрьме — брошюру, названную "Вечность посредством звезд: астрономические гипотезы", где он сказал, что бесконечная вселенная обязана была бы копировать первоначальный набор комбинаций бесконечное количество раз, для того, чтобы заполнить бесконечное пространство.

Это является, насколько мне известно, первым намеком на переход от "множества миров" к "параллельным мирам" — копии вас сидящих и читающих эту же самую книгу на другой планете.

Уровень 1: Если вы пойдете достаточно далеко, вы вернетесь назад домой

Идея Уровня 1 параллельных вселенных в основном говорит, что пространство такое большое, что по правилам вероятности, безусловно, где-то в другом месте, существуют другие планеты в точности как Земля.

На самом деле, бесконечная вселенная имела бы бесконечно много планет, и на некоторых из них, события, которые происходят, были бы фактически идентичны тем, что на нашей Земле.

Мы не видим эти другие вселенные потому, что наше "космическое зрение" ограничено скоростью света — абсолютный предел скорости.

Свет начал движение с момента большого взрыва, около 14 миллиардов лет назад, так что мы не можем видеть ничего дальше, чем 14 миллиардов световых лет (чуточку дальше, так как пространство расширяется).

Этот объем пространства называется Сферой Хаббла и представляет нашу наблюдаемую вселенную.

Существование Уровня 1 параллельных вселенных зависит от двух предположений:

• Вселенная бесконечна (или практически бесконечна).

• В бесконечной вселенной, каждая возможная конфигурация частиц в сфере Хаббла повторяется множество раз.

Что касается первого предположения, инфляционная теория предсказывает, что вселенная на самом деле гораздо больше, чем наша сфера Хаббла.

Напомню, что вечная инфляция подразумевает, что вселенные постоянно создаются и разрушаются квантовыми флуктуациями, что означает, что пространство на самом деле бесконечно согласно самым крайним применениям этой теории.

Области, которые созданы в вечной инфляционной модели, дают начало каждому отдельному набору начальных условий, ведущие ко второму предположению.

Это означает, что существует другая область пространства, которая состоит из сферы Хаббла, которая имеет точно такие же начальные условия, что и наша вселенная.

Если она имеет совершенно такие же начальные условия, тогда такая область развилась бы в сферу Хаббла, которая с точностью была бы похожа на нашу.

Если Уровень 1 параллельных вселенных все же существует, достижение оного фактические (но не совсем) невозможно.

Прежде всего, мы бы не знали где искать его, потому что, по определению, Уровень 1 параллельной вселенной так далеко от нас, что вообще никакое сообщение не может быть получено от нас к ней или от нее к нам.

(Помните, мы можем получить сообщения только изнутри нашей собственной сферы Хаббла.)

В теории, однако, вы могли бы влезть в космический корабль, который может передвигаться со скоростью близкой к скорости света, задать направление и полететь.

Время для вас бы замедлилось, но вселенная продолжала бы стареть в то время как вы двигались через все пространство вселенной ищущие своего двойника.

Если вам повезет, и темная энергия достаточно слаба для того, чтобы в конечном счете гравитация прекратила космическое расширение, вы бы могли в конечном счете добраться до планеты вашего двойника.

Хаотичная и вечная: два аспекта инфляции

Теории вечной инфляции и хаотичной инфляции могут быть довольно запутанными, что я и обнаружил при написании этой книги.

Большинство людей, даже физиков, используют их словно они взаимозаменяемы.

Это прекрасный пример того, как передовые идеи науки могут стать неразличимы даже между разными экспертами в области.

В вечной инфляции, квантовые флуктуации в энергии вакуума приводят к "пузырьковым вселенным" (они же "карманные вселенные" или "островные вселенные"... закончатся ли когда-нибудь названия?!).

Возможные значения энергии, которые подобная вселенная могла бы иметь (названы ложным вакуумом) представляются диаграммой, которая выглядит как горная гряда, и частенько называется энергетическим холмом.

Истинный вакуум нашей вселенной представлен одной из долин на такой диаграмме.

В 1983, Пол Стейнхардт и Александр Виленкин представили ключевые идеи вечной инфляции, такую как то, что квантовые флуктуации могут быть причиной срабатывания новых инфляционных циклов.

Предположением в то время было то, что каждый новый цикл инфляции должен был бы начинаться с вершины энергетического холма и, на протяжении инфляционного цикла, должен был бы спадать по направлению к истинному вакууму.

Энергетическое состояние вселенной распадается до основания.

В 1986, Андрей Линде опубликовал статью названную "Хаотическая инфляция", где он указал, что

эти вселенные могут быть созданы где угодно на энергетическом холме, не обязательно на вершине.

На самом деле, холм сам по себе вообще может и не иметь пика; он мог бы продолжаться вечно! Кроме того он показал, что хаотическая инфляция так же и вечная, потому что она порождает непрерывное создание новых пузырьковых вселенных.

Некоторые источники создают впечатление того, что хаотическая инфляция это специфический тип вечной инфляционной теории.

Статья Макса Тегмарка от 2003 года использует "хаотическую инфляцию" таким образом, что она походит, на мой взгляд, более на вечную инфляцию.

На википедии есть статья по хаотической инфляции, определяющая ее как "подтип вечной инфляции", но нет статьи по самой вечной инфляции!

Но Виленкин, в его книге от 2006, Мир множества миров: в поисках других вселенных, непоколебим в том, что хаотическая инфляция это совершенно другая теория, и кажущейся немного расстроенным тем, что они так часто взаимозаменяются, и расстройство определенно кажется справедливым, если Виленкин сам не является тем, кто применят определение неточно.

Время покажет, что единодушные космологи преодолеют это различие между хаотической инфляцией и вечной.

На данный момент, однако, полезно знать, что из большинства хаотических моделей вытекает вечная инфляция (но не из всех), и многие модели вечной инфляции не хаотические.

Уровень 2: Если вы пройдете достаточно далеко, вы попадете в страну чудес

В параллельных вселенных Уровня 2, области пространства продолжают испытывать инфляционную фазу.

Из-за продолжающейся инфляционной фазы в этих вселенных, пространство между нами и другими вселенными буквально расширятся быстрее скорости света — и они, следовательно, совершенно недостижимы.

Две возможные теории дают основания полагать, что Уровень 2 параллельных вселенных может существовать: вечная инфляция и экпиротическая теория.

Обе теории были представлены в главе 14, но теперь вы можете видеть один из выводов в действии.

В вечной инфляции, напомню, что квантовые флуктуации в энергетическом вакууме ранней вселенной были причиной создания повсюду пузырьковых вселенных, расширяющихся из-за их инфляционных стадий с разными скоростями.

Предполагается, что начальное условие этих вселенных было на максимальном энергетическом уровне, хотя по крайней мере один вариант хаотической инфляции, предсказывает, что начальное условие может быть хаотично выбрано на любом энергетическом уровне, который может и не иметь максимума, и результаты будут такими же.

(Смотрите соседнюю вставку "Хаотическая и вечная: два аспекта инфляции" для более подробной информации.)

Выводы вечной инфляции означают, что когда инфляция начинается, она создает не одну вселенную, а бесконечное количество вселенных.

На этот момент, единственная неинфляционная модель, которая имеет хоть какое-то признание, это экпиротическая модель, которая настолько нова, что еще является крайне спекулятивной.

(Иронично, что модель вечной инфляции и экпиротическая модель обе были частично созданы космологом Полом Стейнхардтом.

Представление для экпиротическая теории таково, если вселенная это область, которая является результатом соударения двух бран, тогда браны могли бы вообще-то соударяться в нескольких местах.

Рассмотрим быстрое колебание простыни вверх и вниз на поверхности кровати.

Простыня не касается кровати только в одном месте, а вместо этого косается во многих местах.

Если бы простыня была бы браной, тогда каждая точка столкновения создавала бы свою собственную вселенную с ее собственными начальными условиями.

Нет причин ожидать, что браны сталкиваются только в одном месте, так что экпиротическая теория представляет весьма вероятным то, что существуют другие вселенные в других местах, расширяющихся даже когда вы рассматриваете эту возможность.

Другими словами, современная космология — несмотря на то, является ли инфляционная теория или экпирозис правдой — фактически подтверждает, что Уровень 2 параллельных вселенных существует.

(Некоторые альтернативные космологические теории представленые в главе 19, такие как космология переменной скорости света и модифицированная гравитация, не имеют такого подтверждения.)

Как и для вселенных Уровня 1, эти вселенные были бы созданы в основном из случайных начальных условий, которые, усреднены за бесконечность, подразумевают, что есть другие вселенные, которые практически (или полностью) идентичные нашей собственной.

Эти новые вселенные постоянно формируются, так что многие (бесконечно многие, фактически) все еще претерпевают инфляционную фазу их эволюции.

В отличие от вселенной Уровня 1, возможно, что вселенная Уровня 2 могла бы иметь другие фундаментальные свойства, такие как большее (или меньшее) количество измерений, другое множество элементарных частиц, фундаментальные силу взаимодействий и так далее.

Но эти вселенные созданы все теми же законами физики, которые создали нашу вселенную, просто с другими параметрами.

Эти вселенные могли бы вести себя совершенно иначе, чем наша, но законы, которые управляют ими были бы — на очень фундаментальном уровне — точно такими же.

К сожалению, вселенные Уровня 2 почти невозможно достичь.

Не только потому, что бесконечное количество вселенных, но и потому, что бесконечное количество вселенных на стадии инфляции, что означает, что пространство между нашей вселенной и параллельными вселенными расширяется.

Так что даже если бы мы могли двигаться со скоростью близкой к скорости света (но мы не можем), мы бы никогда не смогли достичь другую вселенную.

Само пространство раздувается быстрее, чем мы можем передвигаться между нашей и другой вселенной Уровня 2.

Уровень 3: Если вы останетесь там, где вы сейчас находитесь, вы встретитесь с собой же

Параллельная вселенная Уровня 3 это следствие многомировой интерпретации (ММИ) из квантовой физики.

В этой интерпретации, каждая квантовая возможность присущая квантовой волновой функции становится настоящей возможностью в некоторой реальности.

Когда среднестатистический человек (особенно фанат научной фантастики) думает о "параллельной вселенной", он вероятно думает об вселенных Уровня 3.

Многомировая интерпретация была представлена Хью Эвереттом III для того, чтобы объяснить квантовую волновую функцию, уравнение Шредингера.

Уравнение Шредингера описывает то, как квантовая система развивается все время через серии вращений в Гильбертовом пространстве (абстрактное пространство с бесконечным количеством измерений)

Эволюция волновой функции называется унитарной.

(Унитарность в основном означает, что если вы складываете возможности все вероятных исходов, вы получите 1 как сумму этих возможностей.

Традиционная Копенгагенская интерпретация квантовой физики допускала, что волновая функция коллапсировала в специфическое состояние, но теория не дала механизма, когда и как это коллапсирование происходит.

Коллапс превращает унитарную волновую функцию, которая содержит все возможности, в неунитарную систему, которая игнорирует возможности, что никогда не случались.

Еверетт вооружился тактикой похожей на ту, что была взята позже струнными теоретиками, предполагая, что каждое "измерение" предсказанное математически волновой функцией (их бесконечное число) должно было быть задействовано каким-либо образом в реальности.

По этой теории, все квантовые события приводят к ветвлению вселенной на множество вселенной, так что унитарная теория может быть обработана унитарным способом (все возможности остаются).

Альтернативная история во многих мирах

Из всех типов параллельных вселенных, вселенные Уровня 3 больше всех захватили воображения в популярной культуре, порождая их собственные жанры научной фантастики и фэнтези: альтернативная история.

Эти истории написаны с условиям, которые основаны на нашей собственной вселенной, но с допущением, что некоторые исторические события протекали по-другому, приводящие к последствиям отличным от тех, что у нас.

(для фанатов не научной фантастики, вспомните фильм "Эта прекрасная жизнь".)

В этих выдуманных вселенных, возможно (и это в порядке веще) что посетители из одной вселенной могут взаимодействовать с параллельной вселенной Уровня 3.

Очевидно, в этих вымышленных вселенных, автор (и читатель) беспокоится о макроскопических различиях, но многомировая интерпретация относится ко всем уровням.

Если частица распадается, или нет, другие миры представляют эти события.

Не один наблюдающий не способен был бы назвать различие между ними.

Однако, если бы они вели наблюдения с помощью счетчика Гейгера, который обнаруживает радиоактивный распад, квантовое расщепление привел бы к последующим расщеплением.

Счетчик Гейгера сработает в одной вселенной, а не в другой.

Ученый, который обнаруживает распад, реагировал бы по-другом, возможно, чем тот, кто не обнаруживает.

Так что, в принципе, это то, как эти крошечные квантовые вселенные становятся полноценными параллельными вселенными.

В фантастике, эффекты обычно более драматичны, например такие как то, что южные штаты победили в Гражданской войне в США или то, что Византийская империя никогда не пала (оба варианта были исследованы автором альтернативной истории Гарри Тёртлдавом, прозванным как "мастер альтернативной истории" его фанатами).

Параллельные вселенные Уровня 3 отличные от других предлагаемых потому, что они имеют место быть в том же пространстве и времени, что и наша собственная вселенная, но вы все еще не имеете способа получить доступ к ним.

Вы никогда не связывались и не сможете связаться с какой-либо их вселенных Уровня 1 или Уровня 2 (я предполагаю), но вы постоянно в контакте с вселенными Уровня 3 — каждый момент вашей жизни, каждое решение, которое вы делаете, приводит к расщеплению вас "настоящего" на бесконечное количество вас же, но будущих, каждый их которых не подозревает о друг друге.

Хотя мы говорим о вселенной "расщепленной", это не совсем правда (согласно ММИ квантовой физики).

С точки зрения математики, вы только одна волновая функция, и она развивается постоянно.

Суперпозиция всех иных вселенных сосуществует одновременно в том же бесконечно-размерном Гильбертовом пространстве.

Эти отдельные, сосуществующие вселенные взаимодействуют друг с другом, производя причудливые квантовые поведения, например как в эксперименте с двумя щелями в главе 7.

Из четырех типов вселенных, параллельные вселенные Уровня 3 имеют наименьшую непосредственную связь с теорией струн.

Уровень 4: где-то за радугой, есть волшебная страна

Параллельная вселенная Уровня 4 это самое странное место (и с самыми противоречивыми предсказаниями) из всех, потому что она бы сопровождалась фундаментально иным математическими законами природы чем наша.

Короче говоря, любая вселенная, которую физики могут разработать на бумаге существовала бы на основании принципа математической демократии: любая вселенная, которая математически возможна, имеет равную возможность из существующих на самом деле.

Ученые используют математику как основной инструмент, чтобы выразить теории того, как природа себя ведет.

В некотором смысле, математика, которая олицетворяет теорию, это суть самой теории, это предмет, который на самом деле наполняет ее содержанием.

В 1960, физик Юджин Вигнер опубликовал статью с провокационным названием "Безрассудственная эффективность математики в естественных науках", где он указал на то, что это своего рода безрассудство, что математика — плод чистого разума — так хорошо бы описывала физические законы.

Он пошел дальше этого, предполагая, что эта эффективность представляет глубокий уровень связи между математикой и физикой, и что исследуя математику вы можете выяснить новые и инновационные способы подхода к наукам.

Но уравнения, которые работают так хорошо при описании нашей вселенной, это только один набор уравнений.

Конечно вселенная могла бы быть созданной, как физики сделали это на бумаге, только с двумя измерениями и не содержащей материи, которая ничто иное, как расширяющееся пространство.

Могло бы быть громадное пространство анти-де Ситтера, сжимающееся, рядом с ней.

Почему, тогда, мы наблюдаем определенный набор уравнений, определенный набор законов, которыми мы занимаемся? Другими словами, воспользуюсь словами британского космолога Стивена Хоккинга (из его книги Краткая история времени от 1988), что за сила, которая "вдыхает жизнь в эти уравнения", которые управляют нашей вселенной?

На всем протяжении этой книги, вы рассматриваете концепции, которые являются самыми передовыми в теоретической физике — теория бозонных струн, AdS/CFT соотношение, модели Рэндалл-Сандрума — но они не совсем подходят для нашей собственной вселенной.

Большинство физиков оставляют это на этом, с пониманием, что "чистая математика" просто не применима непосредственно к физической вселенной в которой мы живем.

Однако, согласно принципу математической демократии, эти вселенные все же где-то существуют.

Согласно этой противоречивой точки зрения, наши уравнения не являются предпочтительными, но в мультивселенной, каждое уравнение, которое может вдохнуть жизнь в нее, будут.

Это и есть вселенная Уровня 4, место настолько огромное и странное, что даже самый умный среди нас, может осмыслить ее только математическими инструментами.

Внимание! Этот перевод, возможно, ещё не готов.
Его статус: перевод редактируется

Переведено на Нотабеноиде
http://notabenoid.org/book/38781/145435

Переводчики: Swarlz, MaryLovett, Eva_tj, Irina73