Либо нам подозрительно повезло, либо действительно много вселенных
Легко представить себе другие вселенные, управляемые немного другими законами физики, в которых не могла бы возникнуть ни разумная жизнь, ни какие-либо организованные сложные системы. Должны ли мы поэтому удивляться тому, что существует вселенная, в которой мы смогли появиться?
Это вопрос, на который физики, включая меня, пытались ответить десятилетиями. Но это оказывается трудным.
Хотя мы можем с уверенностью проследить космическую историю до одной секунды после Большого Взрыва, то, что произошло раньше, оценить труднее. Наши ускорители просто не могут произвести достаточно энергии, чтобы воспроизвести экстремальные условия, преобладавшие в первую наносекунду.
Но мы ожидаем, что именно в эту первую крошечную долю секунды были запечатлены ключевые особенности нашей Вселенной. .
Состояние Вселенной можно описать через ее «фундаментальные константы» — фиксированные величины в природе, такие как гравитационная постоянная (называемая G) или скорость света (называемая C). Около 30 из них представляют размеры и силу параметров, таких как массы частиц, силы или расширение Вселенной.
Но наши теории не объясняют, какие значения должны иметь эти константы. Вместо этого мы должны измерить их и подставить их значения в наши уравнения, чтобы точно описать природу.
Значения констант находятся в диапазоне, который позволяет сложным системам, таким как звезды, планеты, углерод и, в конечном счете, людям эволюционировать. Физики обнаружили, что если бы мы изменили некоторые из этих параметров всего на несколько процентов, это сделало бы нашу Вселенную безжизненной.
Поэтому факт существования жизни требует некоторого объяснения.
Некоторые утверждают, что это просто счастливое совпадение. Однако альтернативное объяснение заключается в том, что мы живем в мультивселенной, содержащей области с разными физическими законами и значениями фундаментальных констант.
Большинство из них может быть совершенно непригодным для жизни. Но некоторые из них, по статистике, должны быть безопасными для жизни.
Надвигается революция?
Какова степень физической реальности? Мы уверены, что она более обширна, чем область, которую астрономы когда-либо могут наблюдать, даже в принципе.
Эта область определенно конечна. По сути, это потому, что, как и в океане, есть горизонт, за который мы не можем заглянуть. И точно так же, как мы не думаем, что океан заканчивается сразу за нашим горизонтом, мы ожидаем галактики за пределами нашей наблюдаемой Вселенной.
В нашей ускоряющейся Вселенной наши далекие потомки также никогда не смогут их наблюдать .
Большинство физиков согласятся с тем, что есть галактики, которые мы никогда не сможем увидеть, и что их больше, чем наблюдаемых. Если бы они простирались достаточно далеко, то все, что мы могли бы себе представить, могло бы повторяться снова и снова. Далеко за горизонтом у всех нас могут быть аватары.
Эта обширная (и в основном недоступная для наблюдения) область будет следствием «нашего» Большого взрыва и, вероятно, будет подчиняться тем же физическим законам, которые преобладают в части Вселенной, которые мы можем наблюдать. Но был ли наш Большой взрыв единственным?
Теория инфляции, предполагающая, что ранняя Вселенная переживала период, когда она удваивалась в размерах каждую триллионную триллионной триллионной доли секунды, имеет подлинную наблюдательную поддержку . Это объясняет, почему Вселенная такая большая и гладкая, за исключением флуктуаций и ряби, которые являются «семенем» для образования галактик.
Но физики, включая Андрея Линде, показали, что при некоторых конкретных, но правдоподобных предположениях о неопределенная физика в эту древнюю эпоху, будет «вечное» производство Больших взрывов, каждый из которых порождает новую вселенную.
Теория струн, которая является попыткой объединить гравитацию с законами микрофизики. , предполагает, что все во Вселенной состоит из крошечных вибрирующих струн. Но он исходит из того, что существует больше измерений, чем те, которые мы воспринимаем.
Эти дополнительные измерения, по его мнению, так плотно сжаты друг с другом, что мы не замечаем их всех. И каждый тип компактификации может создать вселенную с различной микрофизикой, поэтому другие Большие взрывы, когда они остынут, могут подчиняться другим законам.
Таким образом, «законы природы» могут в этом еще более грандиозном точки зрения, быть локальными подзаконными актами, управляющими нашим собственным космическим участком.
Если физическая реальность такова, то есть реальная мотивация исследовать «контрфактические» вселенные — места с другой гравитацией, другой физикой и так далее — исследовать, в каком диапазоне или параметрах может возникнуть сложность, а что приведет к бесплодному или «мертворожденному» космосу.
Удивительно, но это продолжается, и недавние исследования показывают, что вы можете представить себе еще более дружественные вселенные. к жизни, чем наша собственная. Однако большинство «корректировок» физических констант сделали бы вселенную мертворожденной.
Тем не менее, некоторым не нравится концепция мультивселенной. Они опасаются, что это сделает надежду на фундаментальную теорию, объясняющую константы, столь же тщетной, как нумерологические поиски Кеплера, чтобы связать планетарные орбиты с вложенными платоновыми телами.
Но наши предпочтения не имеют отношения к тому, какова на самом деле физическая реальность – поэтому мы, безусловно, должны быть открытыми для возможности неминуемой великой космологической революции.
Сначала у нас было коперниканское осознание того, что Земля не является центром Солнечной системы — она вращается вокруг Солнца. Затем мы поняли, что в нашей галактике миллионы планетных систем и что в нашей наблюдаемой Вселенной есть миллионы галактик.
Может ли быть так, что наша наблюдаемая область — на самом деле наш Большой Взрыв — это крошечная частью гораздо большего и, возможно, разнообразного ансамбля?
Физика или метафизика?
Откуда мы знаем, насколько нетипична наша Вселенная? Чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно вычислить вероятности каждой комбинации констант. И это банка с червями, которую мы пока не можем открыть — для этого придется ждать огромных теоретических достижений.
В конечном итоге мы не знаем, были ли другие Большие взрывы. Но это не просто метафизика. Когда-нибудь у нас могут появиться основания полагать, что они существуют.
В частности, если бы у нас была теория, описывающая физику в экстремальных условиях сверхраннего Большого взрыва, и если бы эта теория была подтверждена в других исследованиях. способами, например, выведя некоторые необъяснимые параметры в стандартной модели физики элементарных частиц — тогда, если она предсказала несколько Больших взрывов, мы должны отнестись к ней серьезно.
Критики иногда утверждают, что мультивселенная ненаучна, потому что мы можем’ никогда не наблюдать другие вселенные. Но я не согласен. Мы не можем наблюдать внутреннюю часть черных дыр, но мы верим тому, что говорит физик Роджер Пенроуз о том, что там происходит — его теория завоевала доверие, поскольку согласуется со многими вещами, которые мы можем наблюдать.
Около 15 лет назад Я участвовал в дискуссии в Стэнфорде, где нас спросили, насколько серьезно мы относимся к концепции мультивселенной — по шкале «Вы бы поставили на нее свою золотую рыбку, свою собаку или свою жизнь».
Я ответил, что согласен. почти на уровне собаки. Линде сказал, что чуть не поставил свою жизнь. Позже, узнав об этом, физик Стивен Вайнберг сказал, что «с радостью поставит на кон жизнь собаки Мартина Риса и Андрея Линде».
К сожалению, я подозреваю, что Линде, моя собака и я все умрем раньше, чем мы есть ответ.
На самом деле, мы даже не можем быть уверены, что поймем ответ — точно так же, как квантовая теория слишком сложна для обезьян. Вполне возможно, что машинный интеллект мог бы исследовать геометрические тонкости некоторых теорий струн и, например, выдавать некоторые общие черты стандартной модели. Тогда мы были бы уверены в теории и серьезно относились к другим ее предсказаниям.
Но у нас никогда не было бы момента озарения «ага», который является величайшим удовлетворением для теоретика. Физическая реальность на ее глубочайшем уровне может быть настолько глубокой, что ее прояснение придется ждать постчеловеческих видов — удручающих или волнующих, в зависимости от вкуса.
Но это не причина отвергать мультивселенную как ненаучную. 
Мартин Рис, заслуженный профессор космологии и астрофизики Кембриджского университета
Это статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите исходную статью.
