Физическая реальность может быть гораздо более обширной, чем просто участок пространства времени, который мы называем Вселенной. Наша космическая среда может быть сконструирована в невероятных масштабах, при этом наши астрономические инструменты невероятно ограничены. Мы, подобно муравьям, не знаем о том, насколько огромен мир вне муравейника. Так что некоторые физики-теоретики всерьез рассматривают теорию Мультивселенной, согласно которой наш мир – лишь один из многих. Более того, применяя квантовую теорию к Вселенной, мы вынуждены признать, что она существует одновременно во многих состояниях.
Иными словами, допустив применение квантовых флуктуаций к Вселенной, мы практически вынуждены признать существование параллельных миров. Интересно и то, что сочетание теории струн и «вечного» варианта инфляционной космологии (речь об инфляционной модели Вселенной) обеспечивает естественную основу для так называемой «ландшафтной Мультивселенной». Начнем с того, что концепция мультивселенной возникает сразу в нескольких областях физики (и философии), но наиболее ярким примером является теория инфляции, которая описывает гипотетическое событие, которое произошло, когда наша Вселенная была очень молодой — менее секунды от роду. По данным NASA, за невероятно короткий промежуток времени Вселенная пережила период быстрого расширения, «раздуваясь», становясь все больше и больше.
Считается, что инфляция нашей Вселенной закончилась около 14 миллиардов лет назад. Однако инфляция не заканчивается везде одновременно. Исследователи считают, что, возможно, по мере того, как инфляция заканчивается в одном регионе, она продолжается в других. Таким образом, в то время как инфляция закончилась в нашей Вселенной, могли существовать другие, гораздо более отдаленные регионы, где инфляция продолжалась — и продолжается прямо сейчас. Более того, отдельные вселенные, как пишет LiveScience, могут «отщипывать» более крупные раздувающиеся, расширяющиеся вселенные, создавая бесконечное море вечной инфляции, заполненное многочисленными индивидуальными вселенными.
В этом сценарии вечной инфляции каждая вселенная возникла бы со своими собственными законами физики, своей собственной коллекцией частиц, своим собственным расположением сил и своими собственными значениями фундаментальных констант, – считают исследователи. Это может объяснить, почему наша Вселенная обладает теми свойствами, какими обладает и в особенности теми, которые трудно объяснить с помощью таких концепций как темная материя или космологическая постоянная. «Если бы существовала мультивселенная, то у нас были бы случайные космологические константы в разных вселенных, и это просто совпадение, что та, которая есть у нас в нашей Вселенной, принимает значение, которое мы наблюдаем», – считает Дэн Хелинг, космолог из Университета Аризоны и эксперт в области теории Мультивселенной.
Интересно, что еще одним свидетельством существования мультверса являются наблюдения – в нашей Вселенной должно было произойти так много всего, что существование жизни кажется невероятным. И если бы существовала только одна Вселенная, в ней, скорее всего, не должно было бы быть жизни. Но в мультивселенной вероятность существования жизни намного выше. Но эту теорию вряд ли можно назвать убедительной, поэтому большинство ученых по-прежнему скептически относятся к идее мультивселенной.
И тем не менее многие пытались найти более физические, убедительные доказательства ее существования. Например, если соседняя вселенная давным-давно оказалась рядом с нашей, она, возможно, столкнулась с ней, оставив заметный отпечаток. Этот отпечаток может быть в форме искажений космического микроволнового фонового излучения или реликтового излучения (света, оставшегося с тех времен, когда Вселенная была в миллион раз меньше, чем сегодня) или в странных свойствах галактик в направлении столкновения, согласно работе, опубликованной исследователями Университетского колледжа Лондона.
Некоторые астрофизики пошли еще дальше, ища особые виды черных дыр, которые могли бы быть артефактами частей нашей Вселенной, отделившимися в свою собственную вселенную с помощью процесса под названием квантовое туннелирование. Если бы некоторые области нашей Вселенной разделились таким образом, то оставили бы после себя «пузыри» в нашей Вселенной, которые превратились бы в эти уникальные черные дыры, которые, по словам исследователей, «могут существовать и сегодня».
«Потенциальное обнаружение этих черных дыр может затем указать на существование мультивселенной», – считают физики-теоретики. Однако все эти типы поисков пока ни к чему не привели, так что на сегодняшний день Мультивселенная остается гипотетической. В 1964 году физики Арно Пензиас и Роберт Уилсон работали в лаборатории Bell в Холмделе, штат Нью-Джерси, создавая сверхчувствительные микроволновые приемники для радиоастрономических наблюдений. Но что бы они делали, избавить приемники от фонового радиошума, который, как ни странно, казалось, шел со всех сторон одновременно, у них не получалось.
Пензиас связался с физиком из Принстонского университета Робертом Дике, который предположил, что радиошум может быть космическим микроволновым фоновым излучением (CMB), которое является первичным микроволновым излучением, заполняющим Вселенную. Это – история открытия реликтового излучения, простая и элегантная. За свое открытие Пензиас и Уилсон получили Нобелевскую премию по физике в 1978 году, и не без оснований. Их работа открыла новую эру космологии, позволив ученым изучать и понимать Вселенную как никогда прежде.
Интересно, что работа физиков также привела к одному из самых удивительных открытий в новейшей истории: уникальные особенности реликтового излучения могут стать первым прямым доказательством того, что бесконечное множество миров за пределами известной Вселенной действительно существует. Однако, чтобы правильно понять это необычное утверждение, необходимо совершить путешествие к началу времен. Согласно общепринятой теории происхождения Вселенной, в течение первых нескольких сотен тысяч лет после Большого взрыва наша Вселенная была заполнена невероятно горячей плазмой, состоящей из ядер, электронов и фотонов, которые рассеивали свет.
Примерно к 380 000 годам продолжающееся расширение нашей Вселенной привело к ее охлаждению до температуры ниже 3000 градусов Кельвина, что позволило электронам объединяться с ядрами с образованием нейтральных атомов, а поглощение свободных электронов позволило свету освещать темноту. Доказательством этого – в виде ранее упомянутого реликтового излучения – является то, что обнаружили Пензиас и Уилсон. Их открытие, в конечном итоге, помогло установлению теории Большого Взрыва.
На протяжении многих эпох продолжающееся расширение охлаждало нашу Вселенную до температуры всего около 2,7К, но эта температура неравномерна. Различия в температуре возникают из-за того, что материя неравномерно распределена по всей Вселенной. Считается, что это вызвано крошечными флуктуациями квантовой плотности, которые произошли сразу после Большого взрыва. В 2017 году, исследователи из Даремского университета Великобритании опубликовали работу, результаты которой предполагают, что «отпечатки» в реликтовом излучении (так называемые холодные пятна) могут быть свидетельством существования других миров. Авторы предположили, что пятна в микроволновом фоновом излучении появились в результате столкновения между нашей вселенной и другой.
В целом, пятна в реликтовом излучении можно считать первым доказательством существования мультивселенной – миллиардов других вселенных, похожих на нашу собственную, – пишут исследователи. Еще одним доказательством в копилку теории Мультивселенной добавляет новое, крайне интересное исследование. Его результаты, как пишет Vice, предполагают, что черные дыры, образованные из свернутых вселенных, порождают темную материю, а наша собственная Вселенная может выглядеть как черная дыра для посторонних.
Отмечу, что темная материя – невидимая субстанция, на долю которой приходится большая часть массы Вселенной – хотя и не излучает обнаруживаемый свет, все же существует, так как оказывает гравитационное воздействие на скопления галактик и другие излучающие объекты в космосе. Для объяснения темной материи был предложен ошеломляющий спектр гипотез, но теперь ученые предположили, что первичные черные дыры – гипотетические объекты, которые относятся к периоду зарождения Вселенной, «являются жизнеспособным кандидатом на темную материю». К такому выводу пришла международная команда исследователей из США, Японии и Тайваня, в работе, опубликованной в научном журнале Physical Review Letters в январе этого года.
И все же, на данный момент все эти концепции являются умозрительными, хотя физики ожидают, что новые способы наблюдения с помощью сложных телескопов в ближайшие годы помогут ответить на многие вопросы. Знаменитый британский физик-теоретик Стивен Хокинг умер 14 марта 2018 года, проведя десятилетия прикованным к инвалидному креслу и зависящим от синтезатора речи из-за страданий, вызванных боковым амиотрофическом склерозом. Последняя исследовательская работа ученая, опубликованная всего за 10 дней до его смерти, была написана вместе с профессором теоретической физики Томасом Хертогом и касалась мультивселенной.
В статье, озаглавленной «Плавный выход из вечной инфляции?» Хокинг и Хертог предположили, что быстрое расширение пространства-времени после Большого взрыва могло происходить неоднократно, создавая множество вселенных. Их работа, по сути, является расширением Теории инфляции, предполагающей, что до Большого взрыва Вселенная была наполнена энергией, которая была частью самого пространства, и эта энергия заставляла пространство расширяться с экспоненциальной скоростью. Именно эта энергия породила Большой взрыв и именно об этом мы с вами говорили ранее.
Однако, поскольку инфляция, как и все остальное, носит квантовый характер, это означает, что во Вселенной должны быть области пространства, в которых инфляция заканчивается и начинается Большой взрыв. Вот только эти области никогда не смогут столкнуться друг с другом, поскольку они разделены областями раздувающегося пространства. В завершении следует сказать, что когда кто-то говорит о теории мультивселенной, это может звучать и дерзко и смиренно одновременно. Но у многих физиков совершенно иная реакция: по их мнению, идея мультивселенной ненаучна и, возможно, даже «опасна» тем, что может привести к неверно направленным научным усилиям.
Так, Пол Стейнхардт, профессор естественных наук в Принстонском университете, назвал теорию Мультивселенной «Теорией чего угодно», так как она совместима с произвольными наблюдениями и, следовательно, не имеет какого-либо эмпирического уклона. Так или иначе, несмотря на критику теории множественности миров, данные научных исследований (о некоторых из которых рассказано в этой статье) позволяют выдвигать даже такие, кажущиеся на первый взгляд, безумными теории. В конце концов, возвращаясь к аналогии с муравейником, что мы знаем о мире, в котором живем?
