Hur vetenskapen skiljer "rimligt vetenskapliga" hypoteser från "vetenskapligt"
Idén om andra universum är djupt förankrad i science fiction. Men även utanför fiktion kan man hitta resonemang om multivers och många parallella världar, så Attic beslutade att ta reda på hur nära dessa idéer är till verklig fysik.
Multiversen, om vilken Sean Carroll, en expert på kosmologi och författaren till den nyligen publicerade i ryska populära boken”Eternity. In Search of the Ultimate Theory of Time”, är en hypotes om vårt universums struktur utanför gränserna för regionen som är tillgänglig för vår observation.
Vad betyder det? Ljushastigheten är begränsad, och universum expanderar i alla riktningar - medan vi bara kan se en viss del av rymden. Och det är långt ifrån det faktum att världen utanför dess gränser är arrangerad på samma sätt som i närheten av jorden. Hypotetiskt, utanför sfären som är tillgänglig för observation, kan det till exempel finnas ett helt annat förhållande mellan vanlig och mörk materia. Eller alls - vissa andra fysiska principer fungerar, upp till en ökning av antalet dimensioner.
Illustration: Anatoly Lapushko / Chrdk.
Sunt förnuft säger naturligtvis att universums egenskaper ska vara desamma överallt. Men "sunt förnuft" är inte så bra för kosmologin, rymdtidens vetenskap i mycket stor skala. Antagandet att ämnet vi känner i universum är tio gånger mindre än någon mystisk mörk materia var också helt i strid med sunt förnuft, men det är i en sådan värld, som huvudsakligen består av mörk materia, som vi lever idag. Problemet med idén att universum förändras dramatiskt där vi inte längre kan se det är inte ovanligt, men att en sådan idé inte kan testas.
Ett universum med hypotetiskt olika fysiska lagar kallas den kosmologiska mångfalden. Ett sådant universum är geometriskt ett - i den meningen att en kontinuerlig linje kan dras mellan två av dess punkter utan att bygga några portaler och andra exotiska saker. Och den här kosmologiska mångfalden bör inte förväxlas, till exempel, med ett mångfaldigt universum i kvantmekanikens många världar.
Kampanjvideo:
Kvantmekanik för många världar
I den andra änden av "universumets skala rutnät" finns en mikrokosmos, händelser som beskrivs av kvantmekanik. Vi vet redan att elementära partiklar: elektroner, kvarkar, gluoner och deras andra kusiner uppför sig i enlighet med regler som inte följs i den värld vi är vana med. Så varje partikel i kvantmekanik kan betraktas som en våg - och till synes "solida" atomer, som i skolkemikurser representeras som bollar, när de kolliderar med ett hinder kommer de att spridas som vågor. Varje kvantobjekt beskrivs matematiskt inte som en boll eller en punkt begränsad i rymden, utan som en vågfunktion - som existerar samtidigt vid alla punkter i dess bana genom rymden. Vi kan bara beräkna sannolikheten för att den hittas på ett eller annat ställe. Mängder som en partikelns momentum,dess energi och mer exotiska egenskaper som snurra beräknas också från vågfunktionen: vi kan säga att detta matematiska objekt som täcker allt rymden är den grundläggande grunden för kvantmekanik och all 1900-tals fysik.
Beräkningar gjorda på basis av vågfunktioner och operatörer (operatörer gör det möjligt att erhålla specifika kvantiteter från vågfunktionen) överensstämmer med verkligheten. Kvantelektrodynamik är till exempel idag den mest exakta fysiska modellen i mänsklighetens historia, och bland kvanttekniker finns lasrar, all modern mikroelektronik, det snabba internet vi är van vid och till och med ett antal läkemedel: sökandet efter lovande ämnen för medicin utförs också genom att modellera interaktioner mellan molekyler. med en vän. Ur tillämpad synvinkel är kvantmodeller mycket bra, men på konceptuell nivå uppstår ett problem.
Vågfunktioner som motsvarar en elektron i en väteatom vid olika energinivåer. Ljusa områden motsvarar det maximala av vågfunktionen och på dessa platser är partikeln sannolikt att detekteras; sannolikheten för att hitta samma elektron i nästa rum, även om det är obetydligt litet, är inte noll.
Kärnan i detta problem är att kvantobjekt kan förstöras: till exempel när en foton (kvantitet av ljus) träffar kameramatrisen eller helt enkelt kolliderar med en ogenomskinlig yta. Fram till denna tidpunkt beskrevs fotonen perfekt av vågfunktionen, och efter ett ögonblick försvinner vågen i rymden: det visar sig att en viss förändring påverkade hela universumet och hände snabbare än ljusets hastighet (hur kan det till och med vara?). Detta är problematiskt även när det gäller en enda foton, men vad sägs om vågfunktionen för två fotoner som släpps ut från en källa i två motsatta riktningar? Om till exempel sådana två fotoner föddes nära ytan av en avlägsen stjärna och en av dem fångades på jorden av ett teleskop, hur är det med den andra, som ligger många ljusår bort? Formellt bildar det ett enda system med det första,men det är svårt att föreställa sig ett scenario där en förändring i en del av systemet omedelbart kommuniceras till alla andra delar. Ett annat exempel på ett kvantsystem, för vilket vågfunktionens försvinnande leder till konceptuella problem, är den berömda Schrödingers katt, som är inne i en stängd låda med en anordning som, baserat på en sannolik kvantprocess, antingen bryter en ampull med gift eller lämnar den intakt. Innan han öppnar lådan är Schrödingers katt samtidigt levande och död: dess tillstånd speglar vågfunktionen hos ett kvantsystem i en mekanism med gift.som är inuti en stängd låda med en enhet som, baserat på en sannolik kvantprocess, antingen bryter en ampull med gift eller lämnar den intakt. Innan han öppnar lådan är Schrödingers katt samtidigt levande och död: dess tillstånd speglar vågfunktionen hos ett kvantsystem i en mekanism med gift.som är inuti en stängd låda med en enhet som, baserat på en sannolik kvantprocess, antingen bryter en ampull med gift eller lämnar den intakt. Innan han öppnar lådan är Schrödingers katt samtidigt levande och död: dess tillstånd speglar vågfunktionen hos ett kvantsystem i en mekanism med gift.
Den vanligaste tolkningen av kvantmekanik, Köpenhamn, föreslår att man helt enkelt accepterar världens paradox - och erkänner att ja, trots allt försvinner vågen / partikeln direkt. Alternativet till det är tolkningen av många världar. Enligt henne är vårt universum en samling världar som inte samverkar, var och en representerar ett kvanttillstånd: när du öppnar en låda med en katt, dyker upp två världar - i en av dem lever katten, och i den andra är den död. När en foton passerar genom en halvtransparent spegel delas världen också upp i två: i den ena reflekteras ett kvantitet av ljus från ytan, och i det andra är det inte. Och så leder varje kvantprocess till uppkomsten av fler och fler förgreningsvärlder.
I teorin kan några av dessa grenar skilja sig mycket från våra. En atom som flög i fel riktning strax efter Big Bang kunde mycket väl leda till en annan distribution av het gas, födelse av stjärnor på helt olika platser och, som ett resultat, till att jorden i princip inte uppstod. Men den här bilden kan inte kallas problem för många världstolkningar. Det verkliga problemet ligger i omöjligheten att verifiera riktigheten av denna förståelse av kvantmekanik i praktiken: de enskilda komponenterna i flera universum interagerar inte med varandra per definition.
Idén om tidsresor och alternativa universum har slitnat mycket sedan klassisk fiktion. Förutom den ökända termen "hitman" bland fans av genren (en hjälte från våra dagar, till exempel i tiderna för Ivan den fruktansvärda), kan man komma ihåg parodifilmen Kung Fury, från vilken denna skärmdump togs.
Någonstans kanske finns det jorden bebodd av intelligenta dinosaurier, någonstans landade Great Mongol Empire på Jupiters månar 1564, men det finns inga portaler mellan dessa världar - de divergerade som ett resultat av kvantprocesser i det avlägsna förflutet. En teori som skulle föreslå möjligheten att komma in i en av dessa världar, med tanke på vetenskapsfilosofin, vore inte mindre, men mer vetenskaplig, eftersom man skulle kunna testa den.