[Перевод] Спросите Итана №96: научна ли теория мультивселенной?

Тяжело строить модели инфляции, не приводящие к мультивселенной. Но не невозможно, и я думаю, что поле для исследований тут существует. Но большинство моделей инфляции приводят к мультивселенной, и доказательства инфляции будут подталкивать нас к тому, чтобы воспринимать идею мультивселенной всерьёз.
— Алан Гут

Периодически я получаю вопрос, затрагивающий самые дальние пределы того, что мы можем узнать, представить, или о чём можем построить теорию. Вопросы о начале и конце Вселенной, законах природы и о самой науке. На этой неделе честь задать вопрос предоставлена Джону Пашкову:

Вы писали, что для революционной научной теории нужны три вещи, и третья по счёту – то, что её можно проверить и подтвердить или опровергнуть. При этом теория мультивселенной, похоже, этот тест не проходит.

Давайте поговорим об этом: трёх критериях, мультивселенной, откуда она берётся, и соответствует ли она высоким стандартам научной теории.

На прошлой неделе я обозначил три компоненты любой революционной научной теории:
1. Воспроизвести все успехи предыдущей.
2. Объяснить новые результаты, противоречившие старой.
3. Сделать новые, проверяемые предсказания, которые ранее не проверялись, и которые либо можно проверить и обосновать, либо отвергнуть.

Именно так практически во всех научных дисциплинах происходили сдвиги, от «простой» физики до «сложной» биологии.

Геоцентризм с его эпициклами, эквантами и деферентами, был заменён кеплеровским гелиоцентризмом и эллиптическими орбитами, расширившимся затем до ньютоновской гравитации. Она объясняла не только расположение и движение планет, но также и лун Юпитера, фазы Венеры, эксцентричную орбиту Марса, и сделала новые предсказания по периодичности и возвращению комет.

Сотни лет спустя ньютоновская гравитация не смогла предсказать характеристики орбиты меркурия, и именно эйнштейновская Общая теория относительности не только воспроизвела все успехи Ньютона, но и аномалии орбиты Меркурия, и сделала проверяемое предсказание по искривлению звёздного света источниками гравитации. И всего через несколько лет ОТО была подтверждена, и мы получили новую полноценную научную революцию.

Для биологов прекрасным примером была теория Дарвина, которую заместило открытие ДНК. Наука продвигается вперёд именно так – не только опровергая предыдущие попытки, но и расширяясь для того, чтобы лучше описать весь спектр наблюдаемых явлений Вселенной.

И откуда же взялась мультивселенная, да и что это такое? Для понимания начнём с нашего представления о Вселенной. Под ней я подразумеваю наблюдаемую Вселенную – всё, что мы можем увидеть, измерить и с чем можем взаимодействовать.

Куда мы ни посмотрели в небе, мы видим звёзды и галактики, соединившиеся в гигантской космической паутине. Но чем дальше мы заглядываем в пространство, тем дальше это оказывается в прошлом. Удалённые галактики моложе и не такие развитые. В их звёздах меньше тяжёлых элементов, они выглядят меньше, поскольку они подвергались меньшему количеству объединений, галактик больше спиральных и меньше эллиптических (последние формируются за счёт слияний), и так далее. Если мы доберёмся до пределов нашей видимости, мы обнаружим самые ранние звёзды во Вселенной, а за ними – область тьмы, где существует лишь свет, оставшийся от Большого взрыва.

Но сам Большой взрыв, случившийся везде одновременно примерно 13,8 миллиарда лет назад, не был началом пространства и времени. Он был началом наблюдаемой Вселенной. До того существовала космическая инфляция с экспоненциально расширяющимся пространством, заполненным энергией, присущей самому пространству-времени.

Космическая инфляция – это пример теории, пришедшей на смену предыдущей. Она:
1. Не противоречила всем успехам Большого взрыва и объяла всю современную космологию.
2. Объяснила ряд вопросов, неприступных для Большого взрыва, включая равномерную температуру Вселенной, пространственную плоскость, отсутствие высокоэнергетических реликтов вроде магнитных монополей.
3. Сделала новые предсказания, проверяемые через наблюдения, четыре из которых уже подтверждены.

Но одним из последствий теории стало то, о чём мы пока не знаем, сможем ли мы его подтвердить: мультивселенная.

Из-за инфляции происходит расширение пространства с экспоненциальной скоростью. То есть то, что существовало до Большого взрыва, стало намного, намного, намного больше, чем было. Это хорошо – это объясняет однородность и величину Вселенной. С концом инфляции Вселенная наполняется материей и излучением, и это мы наблюдаем как Большой взрыв. Но вот, что странно.

Согласно жизнеспособным механизмам, благодаря которым инфляции достаточно для создания наблюдаемой Вселенной, существуют и другие районы пространства, окружающие наш (в которых инфляция закончилась), где инфляция не кончилась так быстро. Что приводит к явлению «вечной инфляции».

Благодаря квантовой механике, у инфляции есть шанс закончиться в любом районе в любой момент… Но также есть и конечная вероятность не закончиться в любом районе в любое время. Там, где она заканчивается, появляются Большой взрыв и Вселенная – такая же, как наша (на картинке они обозначены красными крестиками).

Там, где инфляция не кончается, пространство расширяется, что приводит к появлению регионов, чьи Большие взрывы причинно отделены от нашего, и регионов, в которых инфляция продолжится.

И так далее.

Мы очень много не знаем про эти другие Вселенные:
• Совпадают ли с нашими тамошние законы физики, частицы, фундаментальные константы?
• Совпадает ли с нашей их плотность и другие свойства?
• Спутаны ли мы каким-либо квантовым образом с другими Вселенными?

Может и да, может и нет. Консервативный подход говорит о том, что ответы на эти вопросы должны быть «да», «да» и «нет» соответственно. Но теперь мы подходим к главному вопросу читателя: научна ли эта теория?

Мультивселенная – это не научная теория сама по себе. Это теоретические последствия законов физики согласно их сегодняшней интерпретации. Возможно, что даже неизбежное следствие – если у вас есть инфляционная Вселенная, управляемая квантовой физикой, с какими-то явлениями вам придётся столкнуться.

Но мультивселенная не обязательно объясняет всё, что происходит в нашей Вселенной. Она не решает наших текущих проблем (называя такие слова, как «ландшафт», «энергия вакуума», «антропный принцип», «космологическая константа», вы просто не понимаете, что значит «решать проблемы»). Что хуже всего, она не делает никаких точных предсказаний того, что мы могли бы пронаблюдать.

И что это всё вместе означает? Судя по всему, мультивселенная – если мы примем правильность нашего представления о Вселенной и её истории – существует. За пределами обозримой части Вселенной, возможно, очень много всякого другого, и, вероятно, существуют и другие вселенные, начавшиеся после их Больших взрывов, и они не смогут взаимодействовать с нашей.

Но также это означает, что она находится за пределами проверяемости в принципе. Единственный способ, который я могу представить, катастрофический: восстановить состояния инфляции, спутать нескольких наблюдателей, разбросанных по разным регионам инфляции, и наблюдать, как она заканчивается и как из неё возникают разные вещи в разные моменты времени, предполагая, что вы сможете что-нибудь понять, когда порвёте квантовую запутанность (а это ещё неизвестно).

И для этого, кстати, необходимо пережить Большой взрыв, в чём я желаю вам удачи. Но если у вас этого не получится, то я присоединюсь к Джону и другим скептикам: мультивселенная может быть интересным и даже неизбежным результатом физики. Но пока мы не сможем проверить её научно – а может так случиться, что никогда не сможем – она недостаточно хороша для науки. Это теоретическое предположение, имеющее смысл, но это не научная теория, и из-за ограничений Вселенной, может никогда ею не стать.

Что же это? Она может стать новым классом тем, которые мы начинаем понимать: первая физически мотивированная «метафизика», обнаруженная нами. Впервые мы понимаем ограничения Вселенной, её информации, и того, что это значит для познаваемости. А за пределами и после этого? Возможно, именно там и начинается метафизика, и там мультивселенная, возможно, и останется навсегда.

Спасибо за философский вопрос, и надеюсь, что вам понравился этот выпуск! Присылайте мне ваши вопросы и предложения для следующих статей на адрес startswithabang at gmail dot com.