Вселенная | Мультивселенная | Параллельная вселенная | Пространство Время | Теория большого взрыва

Существует множество научных доказательств, подтверждающих картину расширяющейся Вселенной и Большого взрыва. Вся масса-энергия Вселенной была высвобождена в событии продолжительностью менее 10-30 секунд; самая энергичная вещь, которая когда-либо происходила в истории нашей Вселенной. NASA / GSFC

Со времени Большого взрыва прошло всего 13,8 миллиарда лет, и максимальная скорость, с которой может перемещаться любая информация - скорость света - конечна. Даже если сама Вселенная действительно может быть бесконечной, наблюдаемая Вселенная ограничена. Однако, согласно ведущим идеям теоретической физики, наша Вселенная может быть лишь одной крошечной областью гораздо большей мультивселенной, в которой содержится много вселенных, возможно, даже бесконечное число. Отчасти это актуальная наука, а некоторые - не более чем умозрительное, желаемое за действительное. Вот как сказать, что есть что. Но сначала немного предыстории.

Сегодня во Вселенной есть несколько фактов, которые относительно легко наблюдать, по крайней мере, с помощью научных средств мирового класса. Мы знаем, что Вселенная расширяется: мы можем измерить свойства галактик, которые учат нас как их расстоянию, так и тому, как быстро они, кажется, удаляются от нас. Чем дальше они, тем быстрее они, кажется, отступают. В контексте общей теории относительности это означает, что Вселенная расширяется.

И если Вселенная расширяется сегодня, это означает, что она была меньше и плотнее в прошлом. Экстраполируйте обратно достаточно далеко, и вы обнаружите, что все также более равномерно (потому что гравитация требует времени, чтобы все сложилось вместе) и горячее (потому что меньшие длины волн для света означают более высокие энергии / температуры). Это возвращает нас к Большому взрыву.

Иллюстрация нашей космической истории, от Большого взрыва до настоящего времени, в контексте расширяющейся Вселенной. Первое уравнение Фридмана описывает все эти эпохи, от инфляции до Большого взрыва до настоящего и далеко в будущее, совершенно точно, даже сегодня. НАУЧНАЯ КОМАНДА НАСА / WMAP

Но Большой Взрыв не был началом Вселенной! Мы можем только экстраполировать назад к определенной эпохе во времени, прежде чем предсказания Большого взрыва рухнут. Во Вселенной мы наблюдаем ряд вещей, которые Большой Взрыв не может объяснить, но новая теория, которая устанавливает Большой Взрыв, - космическая инфляция - может.

Квантовые колебания, возникающие во время инфляции, растягиваются по всей Вселенной, а когда инфляция заканчивается, они становятся флуктуациями плотности. Это приводит со временем к крупномасштабной структуре во Вселенной сегодня, а также к колебаниям температуры, наблюдаемым в CMB.E. ЗИГЕЛЬ, С ИЗОБРАЖЕНИЯМИ, ПОЛУЧЕННЫМИ ИЗ ESA / PLANCK И СИЛЫ МЕРОПРИЯТИЯ ЗАДАЧ МЕСТОРОЖДЕНИЯ DOE / NASA / NSF ПО ИССЛЕДОВАНИЯМ CMB

В 1980-х годах было разработано большое количество теоретических последствий инфляции, в том числе:

  • как должны выглядеть семена для крупномасштабной структуры,
  • что колебания температуры и плотности должны существовать в масштабах, превышающих космический горизонт,
  • что все области пространства, даже с флуктуациями, должны иметь постоянную энтропию,
  • и что должна быть максимальная температура, достигнутая горячим Большим взрывом.

В 1990-х, 2000-х и 2010-х эти четыре прогноза были с большой точностью подтверждены наблюдениями. Космическая инфляция - победитель.

Инфляция заставляет пространство расширяться в геометрической прогрессии, что может очень быстро привести к тому, что любое существующее искривленное или негладкое пространство будет выглядеть плоским. Если Вселенная изогнута, она имеет радиус кривизны, который как минимум в сотни раз больше, чем мы можем наблюдать. Зигель (L); РУКОВОДСТВО ПО КОСМОЛОГИИ НЕД РАЙТА (R)

Инфляция говорит нам, что до Большого взрыва Вселенная не была заполнена частицами, античастицами и радиацией. Вместо этого он был заполнен энергией, присущей самому пространству, и эта энергия заставляла пространство расширяться с быстрой, неуклонной и экспоненциальной скоростью. В какой-то момент инфляция заканчивается, и вся (или почти вся) эта энергия превращается в вещество и энергию, что приводит к горячему Большому взрыву. Конец инфляции и то, что известно как разогрев нашей Вселенной, знаменует собой начало горячего Большого взрыва. Большой взрыв все еще случается, но это не самое начало.

Инфляция предсказывает существование огромного объема ненаблюдаемой Вселенной за пределами той части, которую мы можем наблюдать. Но это дает нам даже больше, чем это. ЗИГЕЛЬ / ЗА ГАЛАКТИКОЙ

Если бы это была полная история, у нас была бы одна чрезвычайно большая вселенная. У него были бы одни и те же свойства везде, везде одинаковые законы, и части, которые находились за пределами нашего видимого горизонта, были бы похожи на то, где мы находимся, но это не будет по праву называться мультивселенной.

Пока вы не помните, что все, что существует физически, должно быть по своей природе квантовым. Даже инфляция, со всеми неизвестными вокруг нее, должна быть квантовым полем.

Квантовая природа инфляции означает, что она заканчивается в одних «карманах» Вселенной и продолжается в других. Нужно скатиться с метафорического холма в долину, но если это квантовое поле, то расширение означает, что оно закончится в одних регионах и продолжится в других. ЗИГЕЛЬ / ЗА ГАЛАКТИКОЙ

Если затем требуется, чтобы инфляция имела свойства, которыми обладают все квантовые поля:

  • что его свойства имеют неопределенности, присущие им,
  • что поле описывается волновой функцией,
  • и значения этого поля могут распространяться со временем,

Вы пришли к удивительному выводу.

Везде, где происходит инфляция (синие кубики), она дает экспоненциально больше областей пространства с каждым шагом вперед во времени. Даже если есть много кубов, где заканчивается инфляция (красный X), есть гораздо больше регионов, где инфляция сохранится в будущем. Тот факт, что это никогда не заканчивается, делает инфляцию «вечной», как только она начинается. ЗИГЕЛЬ / ЗА ГАЛАКТИКОЙ

Инфляция заканчивается не везде сразу, а в отдельных, отключенных местах в любой момент времени, в то время как пространство между этими местами продолжает увеличиваться. Должно быть много огромных областей пространства, где заканчивается инфляция и начинается горячий Большой Взрыв, но они никогда не могут столкнуться друг с другом, поскольку они разделены областями раздувания пространства. Где бы ни началась инфляция, она гарантированно будет продолжаться вечность, по крайней мере, в некоторых местах.

Там, где заканчивается инфляция, мы получаем горячий взрыв. Та часть Вселенной, которую мы наблюдаем, является лишь одной частью этого региона, где закончилась инфляция, а за ней больше ненаблюдаемой Вселенной. Но есть бесчисленное множество регионов, все оторванные друг от друга, с одинаковой точной историей.

Иллюстрация множества независимых вселенных, причинно оторванных друг от друга в постоянно расширяющемся космическом океане, является одним из проявлений идеи Мультивселенной. В регионе, где начинается Большой взрыв и заканчивается инфляция, темпы роста будут снижаться, а инфляция между двумя такими регионами будет продолжаться, навсегда разделяя их. ОЗИТИВНЫЙ / ОБЩЕСТВЕННЫЙ ДОМЕН

Это идея мультивселенной. Как видите, он основан на двух независимых, устоявшихся и общепринятых аспектах теоретической физики: квантовой природе всего и свойствах космической инфляции. Нет никакого известного способа измерить это, так же как нет способа измерить ненаблюдаемую часть нашей Вселенной. Но две теории, которые лежат в ее основе, инфляция и квантовая физика, были подтверждены. Если они правы, то мультивселенная является неизбежным следствием этого, и мы живем в этом.

Идея мультивселенной гласит, что существует сколь угодно большое количество вселенных, подобных нашей, но это не обязательно означает, что у нас есть другая версия, и это, конечно, не означает, что есть шанс натолкнуться на альтернативную версию себя. ... или что-нибудь из другой вселенной вообще. ЛИ ДЭВИ / FLICKR

Ну и что? Это не так уж много, не так ли? Есть множество теоретических последствий, которые неизбежны, но о которых мы не можем знать наверняка, потому что мы не можем их проверить. Мультивселенная - одна в длинной линии тех. Это не особенно полезная реализация, просто интересный прогноз, который выпадает из этих теорий.

Так почему же так много физиков-теоретиков пишут статьи о Мультивселенной? О параллельных вселенных и их связи с нашими через этот мультивселенную? Почему они утверждают, что мультивселенная связана со струнным ландшафтом, космологической постоянной и даже с тем фактом, что наша Вселенная точно настроена на жизнь?

Потому что, хотя это явно плохая идея, у них нет лучших.

Струнный ландшафт может быть увлекательной идеей, которая полна теоретического потенциала, но он не предсказывает ничего, что мы можем наблюдать в нашей Вселенной. Этой идеи красоты, мотивированной решением «неестественных» проблем, недостаточно для того, чтобы подняться до уровня, требуемого наукой. УНИВЕРСИТЕТ КЕМБРИДЖА

В контексте теории струн существует огромный набор параметров, которые в принципе могут принимать практически любое значение. Теория не делает для них никаких предсказаний, поэтому мы должны поставить их вручную: ожидаемые значения струнного вакуума. Если вы слышали о невероятно больших числах, таких как знаменитый 10500, который фигурирует в теории струн, то к ним относятся возможные значения вакуума строки. Мы не знаем, кто они, и почему у них есть ценности, которые они делают. Никто не знает, как их рассчитать.

Представление различных параллельных «миров», которые могут существовать в других карманах мультивселенной. ОБЩЕСТВЕННЫЙ ДОМЕН

Вместо этого некоторые люди говорят: «Это мультивселенная!» Образ мышления выглядит так:

  • Мы не знаем, почему фундаментальные константы имеют значения, которые они имеют.
  • Мы не знаем, почему законы физики такие, какие они есть.
  • Теория струн - это структура, которая может дать нам наши законы физики с нашими фундаментальными константами, но она может дать нам другие законы и / или другие константы.
  • Поэтому, если у нас есть огромный мультивселенная, где множество разных регионов имеют разные законы и / или константы, один из них может быть нашим.

Большая проблема заключается в том, что это не только невероятно умозрительно, но и нет причин, учитывая известную нам инфляцию и квантовую физику, предполагать, что раздувающееся пространство-время имеет разные законы или константы в разных регионах.

Не впечатлен этой линией рассуждений? Ни один из них практически никто.

Насколько вероятно или маловероятно, чтобы наша Вселенная создала мир, подобный Земле? И насколько правдоподобными были бы эти шансы, если бы фундаментальные константы или законы, управляющие нашей Вселенной, были другими? «Удачная вселенная», с обложки которой было взято это изображение, - одна из таких книг, в которой рассматриваются эти проблемы. ЗДРАВСТВУЙТЕ ЛЬЮИС И ЛЮК БАРНС

Как я объяснял ранее, Мультивселенная не является научной теорией сама по себе. Скорее, это теоретическое следствие законов физики, которые они лучше всего понимают сегодня. Возможно, это даже неизбежное следствие этих законов: если у вас есть инфляционная Вселенная, управляемая квантовой физикой, это то, с чем вам в значительной степени придется столкнуться. Но - во многом как теория струн - у нее есть большие проблемы: она не предсказывает ничего, что мы либо наблюдали, и не может объяснить без нее, и не предсказывает ничего определенного, на что мы можем пойти и искать.

Визуализация расчета квантовой теории поля, показывающего виртуальные частицы в квантовом вакууме. Даже в пустом пространстве эта энергия вакуума не равна нулю. Имеет ли она то же самое, постоянное значение в других областях мультивселенной, это то, что мы не можем знать, но нет никакой мотивации для этого. ДЕРЕК ЛЕЙНВЕБЕР

В этой физической Вселенной важно наблюдать за всем, что мы можем, и измерять каждый бит знаний, который мы можем собрать. Только из полного набора доступных данных мы можем надеяться когда-либо сделать достоверные научные выводы о природе нашей Вселенной. Некоторые из этих выводов будут иметь последствия, которые мы, возможно, не сможем измерить: отсюда вытекает существование мультивселенной. Но когда люди тогда утверждают, что они могут сделать выводы о фундаментальных константах, законах физики или значениях струнного вакуума, они больше не занимаются наукой; они спекулируют. Желаемое мышление не заменит данные, эксперименты или наблюдаемые. Пока мы не получим их, помните, что мультивселенная является следствием лучшей науки, которую мы имеем сегодня, но она не делает никаких научных предсказаний, которые мы можем проверить.

Надеюсь, что это может принести некоторую важность для предмета астрофизики ..

Jyotiraditya