Как науката отделя „разумно научните“хипотези от „ненаучните“
Идеята за други вселени е дълбоко вкоренена в научната фантастика. Но дори и извън фантастиката, може да се намерят разсъждения за мултивселен и много паралелни светове, затова Атик реши да разбере доколко тези идеи са близки до реалната физика.
Мултивселената, за която Шон Карол, експерт по космология и автор на наскоро издадената в руската популярна книга „Вечността. В търсене на върховната теория на времето”е хипотеза за структурата на нашата Вселена извън границите на региона, достъпен за нашето наблюдение.
Какво означава? Скоростта на светлината е ограничена и Вселената се разширява във всички посоки - докато можем да видим само определена част от пространството. И далеч не е фактът, че светът извън неговите граници е подреден по същия начин, както в околностите на Земята. Хипотетично, извън сферата, достъпна за наблюдение, може да има например съвсем различно съотношение на обикновена и тъмна материя. Или изобщо - някои други физически принципи работят, до увеличаване на броя измерения.
Илюстрация: Анатолий Лапушко / Chrdk.
Здравият разум, разбира се, ни казва, че свойствата на Вселената трябва да бъдат еднакви навсякъде. „Здравият разум“обаче не е много добро нещо за космологията, науката за пространството и времето в много големи мащаби. Предположението, че веществото, което познаваме във Вселената, е десет пъти по-малко от някаква загадъчна тъмна материя, също беше напълно противоречаща на здравия разум, но ние живеем днес в такъв свят, състоящ се главно от тъмна материя. Проблемът с идеята, че Вселената се променя драстично там, където вече не можем да я видим, не е необичаен, но че такава идея не може да бъде тествана.
Вселена с хипотетично различни физически закони се нарича космологичен мултивселен. Такава Вселена е геометрично една - в смисъл, че между всяка две от нейните точки може да се начертае непрекъсната линия без изграждането на каквито и да е портали и други екзотични неща. И този космологичен мултиверс не бива да се бърка например с многочислена вселена в много световната интерпретация на квантовата механика.
Промоционално видео:
Квантова механика на много светове
В другия край на "скалата на мащаба на Вселената" има микрокосмос, събития в който са описани от квантовата механика. Вече знаем, че елементарните частици: електрони, кваркове, глуони и техните други братовчеди се държат в съответствие с правила, които не се спазват в света, който сме свикнали. Така че всяка частица в квантовата механика може да се разглежда като вълна - и на пръв поглед „твърди“атоми, които в учебния курс по химия са представени като топки, когато се сблъскат с препятствие, ще се разпръснат като вълни. Всеки квантов обект се описва математически не като топка или точка, ограничена в пространството, а като вълнова функция - съществуваща едновременно във всички точки на нейната траектория през пространството. Можем само да изчислим вероятността той да бъде намерен на едно или друго място. Количества като инерцията на частица,неговата енергия и по-екзотични характеристики като въртене също се изчисляват от вълновата функция: можем да кажем, че този математически обект, покриващ цялото пространство, е основата на квантовата механика и цялата физика на 20-ти век.
Изчисленията, направени въз основа на вълновите функции и операторите (операторите позволяват получаване на конкретни количества от вълновата функция), са в пълно съответствие с реалността. Например, квантовата електродинамика днес е най-точният физически модел в историята на човечеството и сред квантовите технологии има лазери, цялата съвременна микроелектроника, бързият Интернет, за който сме свикнали и дори редица лекарства: търсенето на обещаващи вещества за лекарства се осъществява и чрез моделиране на взаимодействията на молекулите. с приятел. От приложена гледна точка квантовите модели са много добри, но на концептуално ниво възниква проблем.
Вълнови функции, съответстващи на електрон в водороден атом при различни енергийни нива. Светлинните зони съответстват на максимума на вълновата функция и на тези места частицата е най-вероятно да бъде открита; вероятността да се намери същия електрон в съседната стая, макар и пренебрежимо малка, не е нула.
Същността на този проблем е, че квантовите обекти могат да бъдат унищожени: например, когато фотон (квантова светлина) удари в матрицата на камерата или просто се сблъска с непрозрачна повърхност. До този момент фотонът беше отлично описан от вълновата функция и след миг вълната, разширена в космоса, изчезва: оказва се, че определена промяна засяга цялата Вселена и се случва по-бързо от скоростта на светлината (как може това да стане?). Това е проблематично дори в случай на единичен фотон, но какво да кажем за вълновата функция на два фотона, излъчени от един източник в две противоположни посоки? Ако например такива два фотона са се родили близо до повърхността на далечна звезда и един от тях е бил уловен на Земята с телескоп, какво ще кажете за втория, който е на много светлинни години? Формално той образува единна система с първата, т.е.но е трудно да си представим сценарий, при който промяна в една част от системата незабавно се съобщава на всички останали части. Друг пример за квантова система, за която изчезването на вълновата функция води до концептуални проблеми, е известната котка на Шрьодингер, която е вътре в затворена кутия с устройство, което въз основа на вероятностен квантов процес или разбива ампула от отрова, или я оставя непокътната. Преди да отвори кутията, котката на Шрьодингер е едновременно жива и мъртва: състоянието й отразява вълновата функция на квантова система вътре в механизъм с отрова.който се намира вътре в затворена кутия с устройство, което въз основа на вероятностния квантов процес или разбива ампула с отрова, или я оставя непокътната. Преди да отвори кутията, котката на Шрьодингер е едновременно жива и мъртва: състоянието й отразява вълновата функция на квантова система вътре в механизъм с отрова.който се намира вътре в затворена кутия с устройство, което въз основа на вероятностния квантов процес или разбива ампула с отрова, или я оставя непокътната. Преди да отвори кутията, котката на Шрьодингер е едновременно жива и мъртва: състоянието й отразява вълновата функция на квантова система вътре в механизъм с отрова.
Най-разпространената интерпретация на квантовата механика, Копенхаген, предлага просто да приемем парадокса на света - и да признаем, че да, въпреки всичко, вълната / частицата изчезва моментално. Алтернативата му е тълкуването на много светове. Според нея нашата Вселена е съвкупност от не взаимодействащи светове, всеки от които представлява едно квантово състояние: когато отворите кутия с котка, се появяват два свята - в единия от тях котката е жива, а в другата е мъртва. Когато фотон преминава през полупрозрачно огледало, светът също се разделя на две: в единия от повърхността се отразява квант светлина, а в другия - не. И така, всеки квантов процес води до появата на все повече и повече разклонени светове.
На теория някои от тези клонове могат да бъдат много различни от нашите. Един атом, който летеше в грешна посока скоро след Големия взрив, можеше да доведе до различно разпределение на горещ газ, до раждане на звезди на напълно различни места и в резултат на това, че по принцип Земята не е възникнала. Но тази картина не може да се нарече проблем на интерпретация на много светове. Истинският проблем се състои в невъзможността да се провери правилността на това разбиране на квантовата механика на практика: отделните компоненти на множествената Вселена по дефиниция не си взаимодействат помежду си.
Идеята за пътуване във времето и алтернативни вселени се е изчерпала много от дните на класическата фантастика. Освен термина „хитман“, прословут сред феновете на жанра (герой от нашите дни, например, по времето на Иван Грозни), може да се припомни пародийният филм „Кунг фури“, откъдето е направен този скрийншот.
Някъде, може би, има Земя, обитавана от интелигентни динозаври, някъде Великата монголска империя е кацнала на луните на Юпитер през 1564 г., но между тези светове няма портали - те се разминават в резултат на квантовите процеси в далечното минало. Теория, която би предложила възможността за влизане в един от тези светове, от гледна точка на философията на науката, би била не по-малка, но по-научна, тъй като човек би могъл да се опита да я тества.