Множинні всесвіти не просто існують: ми живемо у них

Якщо ви думали, що все обмежується тим, що ми знайшли за космічним горизонтом, готуйтеся передумати.

«Важко побудувати моделі інфляції, які не призводять до мультивселенной. Це не неможливо, тому я впевнений в необхідності проведення додаткових досліджень. Але більшість моделей інфляції дійсно ведуть до мультивселенной, а докази інфляції будуть підштовхувати нас у напрямку серйозного прийняття [множинних всесвітів]», — сказав одного разу Алан Гут, американський фізик і космолог, першим запропонував ідею інфляції, або космічного розширення.

Уявіть, що Всесвіт, який ми спостерігаємо — від кінця до кінця, — це просто крапля в космічному океані. Що за межами того, що ми бачимо, є більше космосу, більше галактик, найбільше, на незліченні мільярди світлових років далі, ніж ми коли-небудь зможемо дотягнутися. І наскільки неозорої може бути Всесвіт, настільки ж незліченною може бути кількість схожих на неї всесвітів — деяких більше і більше, деякі менше і молодше — розсипаних по всьому простору-часу. І так же швидко, як розширюються ці всесвіти, простір-час, що містить їх, розширюється ще швидше, далі відводить їх один від одного і гарантує, що ніякі два всесвіти ніколи не зустрінуться. Схоже на фантастику? Така наукова ідея мультивселенных, або множинних всесвітів. Але якщо науковий погляд, який ми сьогодні приймаємо, вірний, ця ідея буде не тільки адекватною, але і неминучим наслідком наших фундаментальних законів, вважає фізик Ітан Зигель.

Ідея множинних всесвітів сягає корінням у фізику, необхідну для опису Всесвіту, яку ми бачимо і в якій живемо сьогодні. Всюди в небі ми спостерігаємо зірки і галактики, згруповані великої космічної павутині. Але чим далі в космос ми дивимося, тим далі назад в часі ми потрапляємо. Ніж далі галактика, тим вони молодші і, отже, менш розвинені. В їх зірках менше важких елементів, вони здаються меншими, оскільки відбулося менше злиття, більше спіралей і менше еліпсів (тому що останнім потрібен час), і так далі. Якщо ми будемо рухатися до межі видимого, ми виявимо найперші зірки у Всесвіті, а за ними — область темряви, в якій залишається лише один світ: післясвічення Великого Вибуху.

Сам Великий Вибух, який стався 13,8 мільярда років тому — не був початком простору і часу, а скоріше початком нашої спостережуваного Всесвіту. До цього була епоха, відома як космічна інфляція, коли сам простір розширювалося експоненціально, наповнене енергією, властивою тканини простору-часу. Космічна інфляція — це сам по собі приклад теорії, яка прийшла і замінила ту, що була до неї:

• Вона узгоджувалася з усіма успіхами теорії Великого Вибуху і охоплювала всю сучасну космологію.
• Вона пояснила ряд проблем, які не міг пояснити Великий Вибух, включаючи і те, чому Всесвіт була скрізь однієї температури, чому вона просторово плоска і чому не залишилося жодних високоенергетичних реліктів начебто магнітних монополів.
• І вона зробила багато нових прогнозів, які можна було протестувати наглядово, більшість з яких були підтверджені.

Було, втім, і один наслідок, яка передбачила теорія інфляції. Ми не знаємо, чи ми можемо підтвердити його чи ні: множинні всесвіти.

Інфляція призводить до експоненціальним розширення простору, що може дуже швидко призвести до того, що будь-яке раніше існувало викривлене простір буде здаватися плоским

Інфляція призводить до того, що простір розширюється по експоненті. Тобто береться що завгодно, що існував до Великого Вибуху, і стає набагато, набагато, набагато більше, ніж було. Поки що це нас влаштовує: це пояснює, як ми отримали однорідну і величезну Всесвіт. Коли інфляція закінчується, Всесвіт наповнюється матерією і випромінюванням, поява яких ми спостерігаємо як розпечений Великий Вибух. І тут починаються дивацтва. Щоб інфляція завершилася, незалежно від того, яке квантове поле за неї відповідає, їй потрібно перейти з високоенергетичного нестабільного стану в низькоенергетичне і стабільне. Цей перехід і «скочування» вниз в долину — ось що призводить інфляцію до кінця і викликає Великий Вибух.

Але незалежно від того, яке поле несе відповідальність за інфляцію, як і у всіх інших областях, що підпорядковується законам фізики, воно повинно бути по своїй природі квантовим полем. Як і всі квантові поля, воно описується хвильовою функцією, з імовірністю розбігання хвилі з часом. Якщо величина поля буде повільно спускатися в долину, квантове розбігання хвильової функції буде швидше скочування, означаючи, що, можливо — навіть ймовірно, — інфляція поступово призведе до Великого Вибуху.

якби інфляція була квантовим полем, величина поля буде розбігатися з часом, причому різні області простору будуть приймати різні реалізації значення поля. У багатьох регіонах значення поля буде потрапляти на дно долини, закінчуючи інфляцію, але в багатьох інших інфляція буде тривати скільки завгодно в майбутньому

Оскільки простір розширюється з експоненціальною швидкістю під час інфляції, це означає, що з плином часу створюється експоненціально більше число областей простору. У деяких областях інфляція буде закінчуватися: там, де полескочується в долину. Але в інших інфляція буде продовжуватися, створюючи все більше і більше простору навколо кожної області, де закінчується інфляція. Темп інфляції набагато швидше, ніж навіть максимальна швидкість розширення заповненої матерією і енергією Всесвіту, тому в найкоротші терміни ділянки інфляції захоплюють все. Відповідно до механізмів, які забезпечують нас достатньою інфляцією для створення Всесвіту, яку ми бачимо, нашу область простору, де інфляція закінчилася, оточує набагато більше інших областей — де інфляція триває чи закінчилася не відразу.

Інфляція триває нескінченно, незважаючи на дільниці, де вона завершилася

Саме тут відбувається явище, відоме як вічна інфляція. Там, де закінчується інфляція, народжується Великий Вибух і Всесвіт — на зразок тієї, яку ми і спостерігаємо — схожа на нашу власну. Але там, де інфляція не закінчується, народжується більше інфляційного простору, яке дає зростання іншим регіонам, в яких будуть великі вибуху, відокремлені від нашого, і іншим регіонам, в яких починається інфляція.

Наскільки великою є наша Всесвіт, це лише невелика частина від всього, що є насправді

Ця картина величезних всесвітів, набагато більших, ніж мізерна частина, яку ми в змозі спостерігати, постійно створювана раздувающимся простором, — це і є мультивсесвіт. Важливо розуміти, що мультивсесвіт не є науковою теорією самої по собі. Вона не робить прогнозів і спостережуваних явищ, до яких ми можемо дотягнутися. Ні, мультивсесвіт сама по собі є теоретичним прогнозом, який випливає із законів фізики, які ми вивели на сьогоднішній день. Можливо, це навіть неминучий наслідок цих законів: якщо взяти інфляційну Всесвіт, керовану квантовою фізикою, то вийде ось це.

Можливо, наше розуміння цього стану, що було до Великого Вибуху, неправильна, і що наші уявлення про інфляцію абсолютно невірні. У такому випадку існування множинних всесвітів не буде остаточним наслідком. Але передбачення вічної інфляції, що містить незліченну кількість кишенькових всесвітів, є прямим наслідком наших кращих теорій, якщо вони вірні.

Що ж таке мультивсесвіт, в такому випадку? Вона може вийти за межі фізики і стати першою фізичної вмотивованою «метафізикою», з якою ми коли-небудь стикалися. Вперше ми розуміємо межі того, чого може навчити нас наша Всесвіт. До тих пір ми можемо передбачати, але не можемо ні підтвердити, ні спростувати той факт, що наш Всесвіт є лише однією невеликою частиною більш великого царства: мультивселенной.