Два астрофізики посперечалися, чи існує Мультивсесвіт чи ні

Чи існує Мультсвіт? Насправді, це фундаментальне питання для сучасної науки. Залежно від того, яку відповідь сприйме наукова спільнота, визначиться майбутнє фізики, астрономії та космології, передає Альтернативна наука.

Для вас представляється дві точки зору. Перша - Мульвсесвіт існує - презентує астрофізик, професор Ітан Сігал. Друга — Мультивсесвіту немає — одстоює доктор Адам Франк. Отже: чи реальний мультисесвіт?

Аргументи Ітана Сігала

Космічна інфляція і квантова теорія поля описують той Всесвіт, який ми бачимо і знаємо. Теорія з'явилася у 1980 році і розповідає нам про те, що було до гарячого Великого вибуху. Вважається, що останній створив ті фізичні умови, які фіксуємо за допомогою різних приладів і спостережень.

Ми думаємо, що до того, як Всесвіт наповнився матерією та випромінюванням, він був якоюсь енергією, невіддільною від тканини простору. І ця енергія змушувала Всесвіт невпинно розширюватися за експонентом. Однак у якийсь момент інфляція закінчилася, перетворивши "енергію, властиву простору", на частки. Так виникла гаряча стадія – Великий вибух.

Оскільки універсум за своєю природою має квантову природу, інфляція має описуватися мовою квантової теорії поля. Все те, що супроводжує квантову фізику, наприклад, невизначеність Гейзенберга і квантові флуктуації, має бути застосовним і до інфляції.

Отже, що станеться, якщо поєднати інфляцію та квантову теорію поля? Виходить низка передбачень, багато з яких підтвердилися спостереженнями.

Інфляція - рушійний механізм раннього Всесвіту, а спостереження звужують коло інфляційних моделей, які залишаються життєздатними.

Прийняття космічної інфляції та квантової теорії поля - це насамперед науковий консенсус, "відправна точка" нашого будівництва всесвіту.

Якщо космічна інфляція і квантова теорія поля вірні, то мультисвіт виникає як неминучий наслідок їх об'єднання.

Найпростіше уявити інфляцію як кулю на вершині дуже плоского плато. Куля може повільно котитися у будь-якому напрямку, але доти, доки вона залишається на його вершині, інфляція продовжується. Коли куля скочується з плато в долину внизу, інфляція закінчується, переходячи у Всесвіт, де домінують частки: матерія і випромінювання, що означає початок гарячого Великого вибуху.

То звідки ж узявся Мультивсесвіт?

Одна з властивостей квантової фізики полягає в тому, що положення частки будь-якої миті часу не детерміновано, а відповідає розподілу ймовірності. Більш того, хвильова функція, описує цей розподіл ймовірності, поширюється у часі. На кшталт хвилі, яку створює м'яч, опущений у воду.

Тепер найцікавіше: у нас є дві речі, які конкурують одна з одною. З одного боку, швидкість кулі, що котиться, а з іншого - швидкість пульсацій, що поширюються назовні.

Якщо м'яч котиться швидше, ніж поширюється хвиля, інфляція закінчується скрізь одночасно, залишається тільки один Всесвіт - більше, ніж видимий Всесвіт, але все ж таки кінцевий за розміром і взаємопов'язаністю.

Але якщо пульсації поширюються швидше, ніж м'яч, то у вас будуть регіони, де пульсації "падають" з плато, і в цих регіонах виникне Великий вибух.

Але у вас будуть регіони, де пульсації наближаються до центру плато, і в цих регіонах інфляція продовжиться. У результаті виникнуть регіони, де закінчується інфляція, ви отримаєте гарячий Великий вибух, розділені регіонами, де інфляція триває.

З часом виникне більше регіонів, де інфляція закінчується і відбувається біг-бум, але також дедалі більше регіонів, де інфляція продовжується.

Ці області простору, де закінчується інфляція і починається Великий вибух, кожна по собі є незалежним Всесвітом, а разом вони становлять Мультивсесвіт.

Можливо, ми не зможемо виміряти інші Всесвіти, принаймні поки що, але є всі підстави очікувати, що якщо інфляція і квантова теорія поля вірні, то Мультивсесвіт неминуче існує.

Аргумети Адама Франка: Мультивсесвіт (не) існує

Отже, для початку варто відзначити, що критична сама ідея Мультивсесвіту, але не інфляційна космологія. Сама собою інфляція корисна. Проблема виникає, якщо змусити її працювати — тоді з'являється нескінченна кількість Всесвітів.

На мою думку, важливо зрозуміти, що відбувається з теорією інфляції - тому що вона не є теорією, як, скажімо, електромагнетизм або квантова механіка. Це не те, що я назвав би теорією з великої літери "Т", що має нескінченну кількість точок експериментальної перевірки.

Скоріше це клас теорій з великим простором для маневру. Така свобода призводить до численних дискусій про фальсифікацію теорії, оскільки, незалежно від того, які нові дані будуть зібрані, завжди знайдеться версія з новим обмеженням.

Інфляція дійсно має кілька положень, де вона узгоджується зі спостереженнями, наприклад, спектр збурень, які поширюються у часі та трансформуються у великомасштабні космічні структури. Це справді дуже добре. Але це далеко не той вид підтвердження, який ми маємо, скажімо, для Стандартної моделі фізики частинок, яка була багаторазово перевірена.

Це важливий момент, тому що інфляція трактується через фізику низьких енергій (порівняно з необхідними масштабами), положення якої екстраполюються на інші умови.

Між зрозумілою нам квантовою теорією поля та інфляційними областями простору-часу існує багато порядків. Це одна з причин, чому виникає така множина різновидів інфляції.

Ми навіть не знаємо, яке фізичне поле керує інфляцією. Гіпотетична частка називається просто - "інфлатон", і теоретикам надається велика свобода для визначення її властивостей. Саме собою це не проблема. Спекуляція та екстраполяція - безумовна частина того, чим займається фізика.

Але...

Теорія, яку ми розуміємо в одному режимі (прискорювачі частинок із значно меншою енергією), розтягується на зовсім інший режим (10-36 секунд після Великого вибуху). Ця екстраполяція вирішує деякі проблеми, але за рахунок так званого "онтологічного перебільшення".

Можливо, що єдиний спосіб, який працює, – прийняти нескінченну кількість всесвітів, які не можна спостерігати.

Звичайно, ми не можемо спостерігати, що знаходиться усередині чорної дірки; і так, ми маємо темну матерію, яку ми не можемо побачити; і так, є частини нашого Всесвіту за горизонтом світла.

Але у випадку з темною матерією (якщо вона існує), ми, принаймні, можемо дізнатися про неї багато нового, ґрунтуючись на впливі, який вона робить на матерію, що світиться, яку ми можемо бачити.

Прийняття загальної теорії відносності значить прийняття ідеї, тим більше факту існування мультиверса.

Підводячи підсумок, я сказав би, що інфляція має деякі привабливі риси, але вона не є тією науковою підставою (з точки зору спостереження), яка змушує сприймати Мультивсесвіт.

Якщо це справді єдиний вибір, тоді слід переглянути всі припущення, закладені в фундамент підприємства з екстраполяції. Смиренність у науці – це добре.

Відповідь Ітана Сігала: Багато прогнозів було перевірено

Логічна помилка полягає в наступному: ми не знаємо всього, тому як ми можемо довіряти чомусь?

У будь-якій науковій діяльності ми повинні бути обережними у припущеннях, що виходять за рамки спостережуваного та/або перевіряється. При цьому ми не повинні ігнорувати загальні передбачення, що виявляються незалежно від зроблених припущень.

Те, що Ітан Франк стверджує про інфляцію, вірно в тому сенсі, що ми не знаємо про неї абсолютно все, включаючи точні властивості конкретної моделі, яка описує наш Всесвіт.

Однак я б оскаржив твердження про те, що можна вигадати будь-яку модель, яка дасть вам будь-які властивості, оскільки багато передбачень від неї не залежать.

Отже, які ж є незалежні від моделі передбачення? Ось деякі з них:

• Всесвіт, розпушений флуктуаціями, він слабо відмінний у космологічних масштабах, хоча не можна сказати, що абсолютно однорідний;
• у тому числі у масштабах, де можливі надгоризонтні флуктуації;
• Всесвіт, чиї початкові недосконалості були на 100% адіабатичними (з постійною ентропією) та на 0% ізокривичними (з постійною кривизною);
• Всесвіт, початкова температура якого в момент Великого вибуху мала бути на кілька порядків нижчою від планківської температури;
• яка була відмінна від ідеально плоскої субстанції;
• і це супроводжується гравітаційно-хвильовим тлом певного спектру, з невідомою величиною.

За останні ~40 років ми перевірили ці передбачення на практиці та підтвердили перші чотири з них. В даний час ми не можемо виміряти Всесвіт, щоб підтвердити два останні припущення.

Але ще одне передбачення - і так, це передбачення - яке неминуче випливає з інфляції, полягає в наступному: якщо ви створите модель інфляції, яка узгоджується зі спостереженнями, зокрема, допускаючи "достатню" інфляцію, щоб надати Всесвіту ті властивості, які ми спостерігаємо, інфляція виявиться нескінченною в часі.

Оскільки розбухають частини простору зростають експоненційно, а регіони, що не надуваються, - набагато повільніше (за законом потужності), самого простору завжди більше, ніж областей, де інфляція закінчується, і цей простір, що роздмухується, розділяє і розганяє інші регіони.

Як тільки починається інфляція, у будь-якій точці Всесвіту подібний сценарій стає неминучим. Ось чому існує мультисесвіт, і чому він є загальним передбаченням інфляції.

Квантова гравітація не врятує нас, оскільки вона виникає на менших енергетичних масштабах, ніж ті, де вона має значення.

Понад те, апеляція до фізики дуже високих енергій немає значення, оскільки було показано, що інфляційні властивості не залежить від енергетичного масштабу.

Іншими словами, так, інфляція дає вам деяку свободу дій у багатьох відношеннях, але вийти з Мультивсесвіту не можна.

Єдиний вихід - постулювати рамсфельдівське "невідоме невідоме", яке врятує і космологію, і фізику.