Paralelní vesmíry. Náš svět není jediný: teorie paralelních vesmírů

Multivesmír je vědecký koncept naznačující existenci mnoha paralelních vesmírů. Existuje řada hypotéz popisujících rozmanitost těchto světů, jejich vlastnosti a interakce.

Úspěch kvantové teorie je nepopiratelný. Koneckonců, spolu s tím představuje všechny základní fyzikální zákony známé modernímu světu. Navzdory tomu kvantová teorie stále klade řadu otázek, na které stále neexistují jednoznačné odpovědi. Jedním z nich je dobře známý „Schrödingerův kočičí problém“, který jasně demonstruje vratký základ kvantové teorie, která je vytvořena na předpovědích a pravděpodobnosti konkrétní události. Jde o to, že rysem částice je podle kvantové teorie její existence ve stavu rovném součtu všech jejích možných stavů. V tomto případě, pokud tento zákon aplikujeme na kvantový svět, vyjde nám, že kočka je součtem stavů živé a mrtvé kočky!

A přestože jsou zákony kvantové teorie úspěšně využívány při aplikaci technologií, jako je radar, rádio, mobilní telefony a internet, musíme se s výše uvedeným paradoxem smířit.

Ve snaze vyřešit kvantový problém vznikla takzvaná „kodaňská teorie“, podle níž se stav kočky stává určitým, když otevřeme krabici a pozorujeme její stav, který byl dříve neurčitý. Nicméně použití kodaňské teorie, řekněme, znamená, že Pluto existuje teprve od chvíle, kdy ho 18. února 1930 objevil americký astronom Clyde Tombaugh. Pouze v tento den byla zaznamenána vlnová funkce (stav) Pluta a zbytek se vše zhroutil. Ale je známo, že stáří Pluta je více než 3,5 miliardy let, což ukazuje na problémy s kodaňskou interpretací.

Pluralita světů

Jiné řešení kvantového problému navrhl v roce 1957 americký fyzik Hugh Everett. Formuloval takzvanou „mnohosvětovou interpretaci kvantových světů“. Podle ní se pokaždé, když se objekt pohybuje z nejistého stavu do určitého, tento objekt rozdělí do několika pravděpodobných stavů. Vezmeme-li příklad Schrödingerovy kočky, když otevřeme krabici, objeví se vesmír se scénářem, kde je kočka mrtvá, a vesmír, kde zůstane naživu. Je tedy ve dvou stavech, ale v paralelních světech, to znamená, že všechny vlnové funkce kočky zůstávají platné a žádná z nich se nezhroutí.

Právě tuto hypotézu využívalo mnoho spisovatelů sci-fi ve svých sci-fi dílech. Pluralita paralelních světů naznačuje přítomnost řady alternativních událostí, díky nimž se dějiny ubíraly jiným směrem. Například v některém světě nebyla neporazitelná španělská armáda poražena nebo Třetí říše vyhrála druhou světovou válku.

Modernější výklad tohoto modelu vysvětluje nemožnost interakce s jinými světy nedostatkem koherence vlnových funkcí. Zhruba řečeno, v určitém okamžiku naše vlnová funkce přestala oscilovat v čase s funkcemi paralelních světů. Pak je docela možné, že můžeme koexistovat v bytě se „spolubydlícími“ z jiných vesmírů, aniž bychom s nimi jakkoli interagovali, a stejně jako oni být přesvědčeni, že náš Vesmír je ten pravý.

Ve skutečnosti termín „mnoho světů“ není pro tuto teorii zcela vhodný, protože předpokládá jeden svět s mnoha variantami událostí, které se odehrávají současně.

Většina teoretických fyziků souhlasí s tím, že tato hypotéza je neuvěřitelně fantastická, ale vysvětluje problémy kvantové teorie. Řada vědců však interpretaci mnoha světů nepovažuje za vědeckou, protože ji nelze vědeckou metodou potvrdit ani vyvrátit.

V kvantové kosmologii

Dnes se na vědeckou scénu vrací hypotéza o pluralitě světů, vědci totiž hodlají kvantovou teorii použít ne pro žádné objekty, ale aplikovat ji na celý Vesmír. Hovoříme o tzv. „kvantové kosmologii“, která, jak se na první pohled může zdát, je absurdní i ve své formulaci. Otázky v této vědecké oblasti souvisejí s Vesmírem. Miniaturní velikost vesmíru v prvních fázích jeho formování je zcela v souladu s měřítkem kvantové teorie.

V tomto případě, pokud by rozměry Vesmíru byly řádu , pak aplikací kvantové teorie na něj můžeme také získat neurčitý stav Vesmíru. To druhé implikuje existenci jiných vesmírů v různých stavech s různými pravděpodobnostmi. Pak stavy všech paralelních světů v součtu dávají jedinou „vlnovou funkci vesmíru“. Na rozdíl od interpretace mnoha světů existují kvantové vesmíry odděleně.

Jak víte, existuje problém jemného doladění vesmíru, který upozorňuje na skutečnost, že fyzikální základní konstanty, které definují základní přírodní zákony ve světě, jsou vybrány ideálně pro existenci života. Pokud by byla hmotnost protonu o něco menší, vznik prvků těžších než vodík by byl nemožný. Tento problém lze vyřešit pomocí multivesmírného modelu, ve kterém je realizováno mnoho paralelních vesmírů s různými základními hodnotami. Pak je pravděpodobnost existence některých z těchto světů malá a brzy po narození „umírají“, například se zmenšují nebo se rozlétají. Jiné, jejichž konstanty tvoří neprotichůdné fyzikální zákony, s největší pravděpodobností zůstávají stabilní. Podle této hypotézy multivesmír zahrnuje velké množství paralelních světů, z nichž většina je „mrtvá“, a jen malý počet paralelních vesmírů jim umožňuje existovat po dlouhou dobu a dokonce dává právo na přítomnost inteligentních život.

V teorii strun

Jednou z nejslibnějších oblastí teoretické fyziky je. Zabývá se popisem kvantových strun - prodloužených jednorozměrných objektů, jejichž vibrace se nám jeví ve formě částic. Původním účelem této teorie je sjednotit dvě základní teorie: obecnou teorii relativity a kvantovou teorii. Jak se později ukázalo, lze to provést několika způsoby, v důsledku čehož vzniklo několik teorií strun. V polovině 90. let řada teoretických fyziků zjistila, že tyto teorie jsou různými příklady jediného konstruktu, později nazývaného „M-teorie“.

Jeho zvláštnost spočívá v existenci určité 11rozměrné membrány, jejíž struny prostupují náš Vesmír. Nicméně žijeme ve světě se čtyřmi dimenzemi (tři prostorové souřadnice a jeden čas), kam jdou ostatní dimenze? Vědci naznačují, že se uzavírají do sebe ve velmi malém měřítku, které zatím nelze pozorovat kvůli nedostatečnému rozvoji technologií. Z tohoto tvrzení vyplývá další čistě matematický problém – vzniká velké množství „falešného vakua“.

Nejjednodušším vysvětlením této konvoluce námi nepozorovatelných prostorů, stejně jako přítomnosti falešného vakua, je multivesmír. Fyzici strun spoléhají na myšlenku, že existuje obrovské množství jiných vesmírů s nejen odlišnými fyzikálními zákony, ale také s různým počtem dimenzí. Membránu našeho Vesmíru lze tedy ve zjednodušené podobě znázornit jako kouli, bublinu, na jejímž povrchu žijeme a jejíž 7 dimenzí je ve „složeném“ stavu. Pak je náš svět spolu s ostatními membránovými vesmíry něco jako spousta mýdlových bublin, které se vznášejí v 11-rozměrném hyperprostoru. My, existující ve 3-rozměrném prostoru, se z něj nemůžeme dostat, a proto nemáme možnost interagovat s jinými vesmíry.

Jak již bylo zmíněno dříve, většina paralelních světů a vesmírů je mrtvá. Tzn., že v důsledku nestabilních nebo nevhodných fyzikálních zákonů pro život může být jejich substance reprezentována např. pouze ve formě bezstrukturního hromadění elektronů a. Důvodem je rozmanitost možných kvantových stavů částic, různé hodnoty základních konstant a různý počet dimenzí. Je pozoruhodné, že takový předpoklad není v rozporu s Koperníkovou zásadou, která říká, že náš svět není jedinečný. Protože, i když v malém množství, mohou existovat světy, jejichž fyzikální zákony, navzdory jejich odlišnostem od našich, stále umožňují vytváření složitých struktur a vznik inteligentního života.

Platnost teorie

Ačkoli hypotéza multivesmíru zní jako něco ze sci-fi knihy, má jednu nevýhodu: pro vědce je nemožné ji dokázat nebo vyvrátit pomocí vědecké metody. Je za tím ale složitá matematika a opírá se o ni řada významných a slibných fyzikálních teorií. Argumenty ve prospěch multivesmíru jsou uvedeny v následujícím seznamu:

• Je to základ pro existenci mnohosvětové interpretace kvantové mechaniky. Jedna ze dvou pokročilých teorií (spolu s kodaňskou interpretací), které řeší problém neurčitosti v kvantové mechanice.
• Vysvětluje důvody existence jemného ladění Vesmíru. V případě multivesmíru jsou parametry našeho světa pouze jednou z mnoha možných možností.
• Je to takzvaná „krajina teorie strun“, protože řeší problém falešného vakua a umožňuje nám popsat důvod, proč se určitý počet dimenzí našeho vesmíru skládá.

• Podporováno , což nejlépe vysvětluje jeho rozšíření. V raných fázích formování Vesmíru mohl být s největší pravděpodobností rozdělen na dva nebo více vesmírů, z nichž každý se vyvíjel nezávisle na druhém. Moderní standardní kosmologický model vesmíru, Lambda-CDM, je založen na teorii inflace.

Švédský kosmolog Max Tegmark navrhl klasifikaci různých alternativních světů:

1. Vesmíry mimo náš viditelný Vesmír.
2. Vesmíry s jinými fundamentálními konstantami a počty rozměrů, které se například podle M-teorie mohou nacházet na jiných membránách.
3. Paralelní vesmíry vznikající podle mnohosvětové interpretace kvantové mechaniky.
4. Posledním souborem jsou všechny možné vesmíry.

O budoucím osudu teorie multivesmíru zatím není co říci, ale dnes zaujímá čestné místo v kosmologii a teoretické fyzice a podporuje ji řada vynikajících fyziků naší doby: Stephen Hawking, Brian Greene, Max Tegmark, Michio Kaku, Alan Guth, Neil Tyson a další.

Jeden model potenciálních mnohočetných vesmírů se nazývá Teorie mnoha světů. Tato teorie se může zdát zvláštní a nerealistická do té míry, že patří spíše do sci-fi filmů než do skutečného života. Neexistuje však žádný experiment, který by mohl přesvědčivě zdiskreditovat jeho platnost.

Původ hypotézy paralelních vesmírů úzce souvisí se zavedením myšlenky kvantové mechaniky na počátku 20. století. Kvantová mechanika, obor fyziky, který studuje mikrokosmos, předpovídá chování nanoskopických objektů. Fyzici měli potíže přizpůsobit chování kvantové hmoty matematickému modelu. Například foton, malý paprsek světla, se může pohybovat vertikálně nahoru a dolů, zatímco se pohybuje horizontálně dopředu nebo dozadu.

Toto chování je v příkrém rozporu s předměty viditelnými pouhým okem – vše, co vidíme, se pohybuje buď jako vlna nebo částice. Tato teorie duality hmoty se nazývala Heisenbergův princip nejistoty (HEP), který říká, že akt pozorování ovlivňuje veličiny, jako je rychlost a poloha.

Ve vztahu ke kvantové mechanice může tento pozorovací efekt ovlivnit tvar částic nebo vln kvantových objektů během měření. Budoucí kvantové teorie, jako je kodaňská interpretace Nielse Bohra, použily PNG k tvrzení, že pozorovaný objekt si nezachovává svou dvojí povahu a může být pouze v jednom stavu.

V roce 1954 navrhl mladý student Princetonské univerzity jménem Hugh Everett radikální návrh, který se lišil od populárních modelů kvantové mechaniky. Everett nevěřil, že pozorování vyvolalo kvantovou otázku.

Místo toho tvrdil, že pozorování kvantové hmoty vytváří ve vesmíru trhlinu. Jinými slovy, vesmír vytváří kopie sebe sama, přičemž bere v úvahu všechny pravděpodobnosti, a tyto duplikáty budou existovat nezávisle na sobě. Pokaždé, když je například foton změřen vědcem v jednom vesmíru a analyzován jako vlna, stejný vědec v jiném vesmíru jej bude analyzovat jako částici. Každý z těchto vesmírů nabízí jedinečnou a nezávislou realitu, která koexistuje s jinými paralelními vesmíry.

Pokud je Everettova teorie mnoha světů (MWT) správná, obsahuje mnoho důsledků, které zcela změní způsob, jakým zažíváme život. Jakákoli akce, která má více než jeden možný výsledek, vede k rozdělení vesmíru. Existuje tedy nekonečné množství paralelních vesmírů a nekonečných kopií každého člověka.

Tyto kopie mají stejné tváře a těla, ale různé povahy (jedna může být agresivní a druhá pasivní), protože každá z nich získává jinou zkušenost. Nekonečné množství alternativních realit také naznačuje, že nikdo nemůže dosáhnout jedinečných úspěchů. Každý člověk – nebo jiná verze tohoto člověka v paralelním vesmíru – udělal nebo udělá všechno.

Z TMM navíc vyplývá, že každý je nesmrtelný. Stáří nikdy nepřestane být jistým zabijákem, ale některé alternativní reality mohou být tak vědecky a technologicky pokročilé, že vyvinuly medicínu proti stárnutí. Pokud zemřete v jednom světě, jiná vaše verze v druhém světě přežije.

Nejznepokojivějším důsledkem paralelních vesmírů je, že vaše vnímání světa není skutečné. Naše „realita“ v tomto okamžiku v jednom paralelním vesmíru bude zcela odlišná od světa druhého; je to jen nepatrná fikce nekonečné a absolutní pravdy. Možná věříte, že právě čtete tento článek, ale existuje mnoho vašich kopií, které nečtete. Ve skutečnosti jste dokonce autorem tohoto článku ve vzdálené realitě. Záleží tedy na výhře a rozhodování, pokud o tyto odměny přijdeme a vybereme si něco jiného? Nebo žít ve snaze dosáhnout více, když jsme ve skutečnosti mrtví někde jinde?

Někteří vědci, například rakouský matematik Hans Moravec, se pokusili odhalit možnost paralelních vesmírů. Moravec vyvinul v roce 1987 slavný experiment nazvaný kvantová sebevražda, při kterém na člověka míří pistole připojená ke stroji, který měří kvark. Při každém stisknutí spouště se změří rotace kvarku. V závislosti na výsledku měření zbraň buď střílí, nebo nestřílí.

Na základě tohoto experimentu zbraň zastřelí nebo nezastřelí osobu s 50procentní pravděpodobností pro každý scénář. Pokud TMM není pravdivé, pak se pravděpodobnost přežití člověka po každém měření kvarku snižuje, dokud nedosáhne nuly.

Na druhou stranu TMM uvádí, že experimentátor má vždy 100% šanci na přežití v nějakém paralelním vesmíru a člověk je postaven před kvantovou nesmrtelnost.

Když se měří kvark, jsou dvě možnosti: zbraň buď může střílet, nebo ne. V tomto bodě TMM uvádí, že vesmír se rozdělí na dva různé vesmíry, aby odpovídal dvěma možným koncům. Zbraň vystřelí v jedné realitě, ale ne v jiné.

Z morálních důvodů vědci nemohou Moravcův experiment použít k vyvrácení nebo potvrzení existence paralelních světů, protože subjekty mohou být mrtvé pouze v této konkrétní realitě a stále naživu v jiném paralelním světě. Ať tak či onak, teorie mnoha světů a její překvapivé důsledky zpochybňují vše, co o vesmíru víme.

Spory a hypotézy o existenci neznámých planet dvojčat, paralelních vesmírů a dokonce i galaxií trvají mnoho desetiletí. Všechny jsou založeny na teorii pravděpodobnosti, aniž by zahrnovaly koncepty moderní fyziky. V posledních letech se přidaly k myšlence existence supervesmíru, založeného na osvědčených teoriích – kvantové mechanice a teorii relativity.

„Polit.ru“ publikuje článek Maxe Tegmarka „Paralelní vesmíry“, který předkládá hypotézu o struktuře údajného supervesmíru, který teoreticky zahrnuje čtyři úrovně. V příštím desetiletí však mohou mít vědci skutečnou příležitost získat nová data o vlastnostech vesmíru a podle toho tuto hypotézu potvrdit nebo vyvrátit. Článek byl publikován v časopise „In the World of Science“ (2003. č. 8).

Evoluce nám dala intuici o každodenní fyzice, která byla životně důležitá pro naše rané předky; proto, jakmile překročíme všednost, můžeme očekávat podivné věci.

Nejjednodušší a nejoblíbenější kosmologický model předpovídá, že máme dvojče v galaxii vzdálené asi 10 až 1028 metrů. Vzdálenost je tak velká, že je mimo dosah astronomických pozorování, ale to nečiní naše dvojče o nic méně skutečné. Předpoklad je založen na teorii pravděpodobnosti bez zahrnutí konceptů moderní fyziky. Jediným přijatým předpokladem je, že prostor je nekonečný a naplněný hmotou. Může existovat mnoho obydlených planet, včetně těch, kde žijí lidé se stejným vzhledem, stejnými jmény a vzpomínkami, kteří prošli stejnými životními peripetiemi jako my.

Ale nikdy nedostaneme příležitost vidět naše další životy. Největší vzdálenost, kterou můžeme vidět, je vzdálenost, kterou může světlo urazit za 14 miliard let od Velkého třesku. Vzdálenost mezi nejvzdálenějšími viditelnými objekty od nás je asi 431026 m; určuje pozorovatelnou oblast vesmíru, nazývanou Hubbleův objem nebo objem kosmického horizontu nebo jednoduše Vesmír. Vesmíry našich dvojčat jsou koule stejné velikosti se středy na jejich planetách. Toto je nejjednodušší příklad paralelních vesmírů, z nichž každý je jen malou částí supervesmíru.

Samotná definice „vesmíru“ naznačuje, že navždy zůstane v oblasti metafyziky. Hranici mezi fyzikou a metafyzikou však určuje možnost experimentálního testování teorií, nikoli existence nepozorovatelných objektů. Hranice fyziky se neustále rozšiřují, včetně stále abstraktnějších (a dříve metafyzických) představ, například o kulovité Zemi, neviditelných elektromagnetických polích, dilataci času při vysokých rychlostech, superpozici kvantových stavů, zakřivení vesmíru a černých dírách. V posledních letech byla do tohoto seznamu přidána myšlenka supervesmíru. Vychází z osvědčených teorií – kvantové mechaniky a relativity – a splňuje obě základní kritéria empirické vědy: prediktivní i falzifikovatelnou. Vědci uvažují o čtyřech typech paralelních vesmírů. Hlavní otázkou není, zda supervesmír existuje, ale kolik úrovní může mít.

Úroveň I

Za naším kosmickým horizontem

Paralelní vesmíry našich protějšků tvoří první úroveň supervesmíru. Toto je nejméně kontroverzní typ. Všichni uznáváme existenci věcí, které nevidíme, ale mohli bychom je vidět přesunem na jiné místo nebo jednoduše čekáním, když čekáme, až se nad obzorem objeví loď. Objekty nacházející se za naším kosmickým horizontem mají podobný status. Velikost pozorovatelné oblasti Vesmíru se každým rokem zvětšuje o jeden světelný rok, jak se k nám dostává světlo vyzařované ze stále vzdálenějších oblastí, za nimiž leží nekonečno, které dosud nebylo vidět. Pravděpodobně budeme mrtví dlouho předtím, než se naši protějšky dostanou do pozorovacího dosahu, ale pokud expanze vesmíru pomůže, naši potomci je možná budou schopni spatřit dostatečně výkonnými dalekohledy.

Úroveň I supervesmíru se zdá banálně zřejmá. Jak nemůže být prostor nekonečný? Je někde cedule s nápisem „Pozor! Konec vesmíru"? Pokud existuje konec vesmíru, co je za ním? Einsteinova teorie gravitace však tuto intuici zpochybnila. Prostor může být konečný, pokud má kladné zakřivení nebo neobvyklou topologii. Sférický, toroidní nebo „preclíkový“ vesmír může mít konečný objem bez hranic. Kosmické mikrovlnné záření na pozadí umožňuje testovat existenci takových struktur. Fakta však stále mluví proti nim. Data odpovídají modelu nekonečného vesmíru a všechny ostatní možnosti podléhají přísným omezením.

Další možností je tato: prostor je nekonečný, ale hmota je soustředěna v omezené oblasti kolem nás. V jedné verzi kdysi populárního modelu „ostrovního vesmíru“ se uznává, že ve velkých měřítcích se hmota stává řidší a má fraktální strukturu. V obou případech by téměř všechny vesmíry v supervesmíru I. úrovně měly být prázdné a bez života. Nedávné studie trojrozměrného rozložení galaxií a pozadí (reliktního) záření ukázaly, že rozložení hmoty bývá rovnoměrné ve velkých měřítcích a netvoří struktury větší než 1024 m. Pokud bude tento trend pokračovat, pak prostor za pozorovatelný vesmír by měl být plný galaxií, hvězd a planet.

Pro pozorovatele v paralelních vesmírech první úrovně platí stejné fyzikální zákony jako pro nás, ale za jiných výchozích podmínek. Podle moderních teorií procesy, ke kterým došlo v počátečních fázích Velkého třesku, rozptylovaly hmotu náhodně, takže pravděpodobně vznikaly nějaké struktury.

Kosmologové uznávají, že náš vesmír s téměř rovnoměrným rozložením hmoty a počátečními fluktuacemi hustoty v řádu 1/105 je velmi typický (alespoň mezi těmi, ve kterých jsou pozorovatelé). Odhady založené na tomto předpokladu naznačují, že nejbližší vaše přesná replika je ve vzdálenosti 10 až 1028 m. Ve vzdálenosti 10 až 1092 m by měla být koule o poloměru 100 světelných let, identický s tím, v jehož středu se nacházíme; takže vše, co uvidíme v příštím století, uvidí i naši tamní protějšky. Ve vzdálenosti asi 10 až mocniny 10118 m od nás by měl být Hubbleův objem shodný s naším. Tyto odhady jsou odvozeny výpočtem možného počtu kvantových stavů, které může mít Hubbleův objem, pokud jeho teplota nepřesáhne 108 K. Počet stavů lze odhadnout položením otázky: kolik protonů může Hubbleův objem pojmout při této teplotě ? Odpověď je 10118. Každý proton však může být přítomen nebo nepřítomný, což dává 2 mocnině 10118 možných konfigurací. „Krabice“ obsahující tolik svazků Hubblea pokrývá všechny možnosti. Jeho velikost je 10 až 10118 m. Za ním se vesmíry, včetně toho našeho, musí opakovat. Přibližně stejná čísla lze získat na základě termodynamických nebo kvantově-gravitačních odhadů celkového informačního obsahu vesmíru.

Naše nejbližší dvojče je nám však s největší pravděpodobností blíže, než naznačují tyto odhady, protože proces formování planet a evoluce života tomu nahrává. Astronomové se domnívají, že náš HST obsahuje nejméně 1020 obyvatelných planet, z nichž některé mohou být podobné Zemi.

V moderní kosmologii je koncept supervesmíru úrovně I široce používán k testování teorií. Podívejme se, jak kosmologové používají kosmické mikrovlnné záření na pozadí k odmítnutí modelu konečné sférické geometrie. Horká a studená „místa“ na mapách CMB mají charakteristickou velikost, která závisí na zakřivení prostoru. Velikost pozorovaných skvrn je tedy příliš malá na to, aby byla v souladu se sférickou geometrií. Jejich průměrná velikost se náhodně liší od jednoho objemu Hubblea k druhému, takže je možné, že náš vesmír je sférický, ale má anomálně malé skvrny. Když kosmologové říkají, že vylučují sférický model na 99,9% hladině spolehlivosti, znamená to, že pokud je model správný, pak méně než jeden objem HST z tisíce by měl skvrny tak malé, jako jsou ty pozorované. Z toho plyne, že teorie supervesmíru je testovatelná a lze ji odmítnout, ačkoli nejsme schopni vidět jiné vesmíry. Klíčem je předpovědět, co je soubor paralelních vesmírů, a najít rozdělení pravděpodobnosti, neboli to, co matematici nazývají mírou souboru. Náš vesmír musí být jedním z nejpravděpodobnějších. Pokud ne, pokud se v rámci teorie supervesmíru ukáže, že náš vesmír je nepravděpodobný, pak tato teorie narazí na potíže. Jak uvidíme později, problém míry může být docela akutní.

Úroveň II

Další postinflační domény

Pokud pro vás bylo těžké představit si supervesmír I. úrovně, zkuste si představit nekonečné množství takových supervesmírů, z nichž některé mají jinou dimenzi časoprostoru a vyznačují se různými fyzikálními konstantami. Společně tvoří supervesmír úrovně II předpovídaný teorií chaotické věčné inflace.

Inflační teorie je zobecněním teorie velkého třesku, která odstraňuje její nedostatky, jako je její neschopnost vysvětlit, proč je vesmír tak velký, homogenní a plochý. Rychlá expanze vesmíru v dávných dobách umožňuje vysvětlit tyto a mnohé další vlastnosti Vesmíru. Takové roztahování je předpovídáno širokou třídou částicových teorií a všechny dostupné důkazy to podporují. Výraz „chaotické věčné“ ve vztahu k inflaci naznačuje, co se děje v největším měřítku. Obecně se prostor neustále natahuje, ale v některých oblastech se expanze zastaví a vznikají samostatné domény, jako rozinky v kynoucím těstě. Objevuje se nekonečné množství takových domén a každá z nich slouží jako zárodek supervesmíru I. úrovně, naplněného hmotou zrozenou z energie pole způsobujícího inflaci.

Sousední domény jsou od nás vzdáleny více než nekonečno v tom smyslu, že jich nelze dosáhnout, i když se věčně pohybujeme rychlostí světla, protože prostor mezi naší doménou a sousedními se natahuje rychleji, než se v něm dokážeme pohybovat. Naši potomci nikdy neuvidí své protějšky úrovně II. A pokud se expanze vesmíru zrychluje, jak naznačují pozorování, pak své protějšky nikdy neuvidí ani na úrovni I.

Supervesmír úrovně II je mnohem rozmanitější než supervesmír úrovně I. Domény se liší nejen svými počátečními podmínkami, ale také svými základními vlastnostmi. Mezi fyziky převládá názor, že rozměry časoprostoru, vlastnosti elementárních částic a mnohé takzvané fyzikální konstanty nejsou zabudovány do fyzikálních zákonů, ale jsou výsledkem procesů známých jako narušení symetrie. Předpokládá se, že prostor v našem vesmíru měl kdysi devět stejných rozměrů. Na počátku kosmické historie se tři z nich účastnily expanze a staly se třemi dimenzemi, které charakterizují dnešní vesmír. Zbývajících šest je nyní nedetekovatelných, buď proto, že zůstávají mikroskopické a zachovávají si toroidní topologii, nebo proto, že veškerá hmota je soustředěna na trojrozměrném povrchu (membráně nebo jednoduše braně) v devítirozměrném prostoru. Tím byla porušena původní symetrie měření. Kvantové fluktuace způsobující chaotickou inflaci by mohly způsobit různé narušení symetrie v různých jeskyních. Některé se mohly stát čtyřrozměrnými; jiné obsahují pouze dvě spíše než tři generace kvarků; a ještě další - mít silnější kosmologickou konstantu než náš Vesmír.

Další způsob vzniku supervesmíru úrovně II lze znázornit jako cyklus zrození a zániku vesmírů. Ve třicátých letech 20. století fyzik Richard C. Tolman navrhl tuto myšlenku a nedávno ji rozšířili Paul J. Steinhardt z Princetonské univerzity a Neil Turok z Cambridgeské univerzity. Steinhardtův a Turokův model předvídá druhou trojrozměrnou bránu, dokonale paralelní s naší a posunutou vzhledem k ní pouze v dimenzi vyššího řádu. Tento paralelní vesmír nelze považovat za samostatný, protože interaguje s naším. Soubor vesmírů – minulý, přítomný a budoucí – který tyto brány tvoří, však představuje supervesmír s rozmanitostí, která se zjevně blíží té, která je výsledkem chaotické inflace. Další hypotézu supervesmíru navrhl fyzik Lee Smolin z Perimeter Institute ve Waterloo (Ontario, Kanada). Jeho supervesmír se svou rozmanitostí blíží úrovni II, ale mutuje a generuje nové vesmíry spíše prostřednictvím černých děr než bran.

Přestože nemůžeme interagovat s paralelními vesmíry úrovně II, kosmologové posuzují jejich existenci na základě nepřímých důkazů, protože mohou být příčinou podivných náhod v našem vesmíru. Například hotel vám dá pokoj číslo 1967 a vy si všimnete, že jste se narodili v roce 1967. „Jaká náhoda,“ říkáte. Po zamyšlení však dojdete k závěru, že to není až tak překvapivé. V hotelu jsou stovky pokojů a nepřemýšleli byste nad tím, kdyby vám nabídli pokoj, který pro vás nic neznamenal. Pokud jste nevěděli nic o hotelech, pro vysvětlení této shody byste mohli předpokládat, že v hotelu byly další pokoje.

Jako bližší příklad uvažujme hmotnost Slunce. Jak známo, svítivost hvězdy je určena její hmotností. Pomocí fyzikálních zákonů můžeme vypočítat, že život na Zemi může existovat pouze tehdy, pokud hmotnost Slunce leží v rozmezí: od 1,6x1030 do 2,4x1030 kg. Jinak by bylo zemské klima chladnější než Mars nebo teplejší než Venuše. Měření hmotnosti Slunce poskytlo hodnotu 2,0x1030 kg. Na první pohled je hmotnost Slunce spadající do rozmezí hodnot, které podporují život na Zemi, náhodná.

Hmotnosti hvězd zaujímají rozmezí od 1029 do 1032 kg; Pokud by Slunce získalo svou hmotnost náhodou, pak by šance spadnout přesně do optimálního intervalu pro naši biosféru byla extrémně malá.

Zdánlivou shodu okolností lze vysvětlit předpokladem existence souboru (v tomto případě mnoha planetárních systémů) a selekčního faktoru (naše planeta musí být vhodná pro život). Taková kritéria výběru související s pozorovatelem se nazývají antropická; a ačkoli zmínka o nich obvykle vyvolává polemiku, většina fyziků souhlasí s tím, že tato kritéria nelze při výběru základních teorií opomíjet.

Co mají všechny tyto příklady společného s paralelními vesmíry? Ukazuje se, že malá změna fyzikálních konstant určených porušením symetrie vede ke kvalitativně odlišnému vesmíru – takovému, ve kterém bychom nemohli existovat. Pokud by hmotnost protonu byla jen o 0,2 % větší, protony by se rozpadly na neutrony, což by způsobilo nestabilitu atomů. Kdyby byly síly elektromagnetické interakce o 4 % slabší, vodík a obyčejné hvězdy by neexistovaly. Kdyby slabá síla byla ještě slabší, nebyl by tam žádný vodík; a pokud by byla silnější, supernovy by nemohly zaplnit mezihvězdný prostor těžkými prvky. Pokud by byla kosmologická konstanta znatelně větší, vesmír by se neuvěřitelně nafoukl dříve, než by se vůbec mohly zformovat galaxie.

Uvedené příklady nám umožňují očekávat existenci paralelních vesmírů s různými hodnotami fyzikálních konstant. Teorie supervesmíru druhé úrovně předpovídá, že fyzici nikdy nebudou schopni odvodit hodnoty těchto konstant ze základních principů, ale budou schopni pouze vypočítat rozdělení pravděpodobnosti různých souborů konstant v souhrnu všech vesmírů. Navíc výsledek musí být v souladu s naší existencí v jedné z nich.

Úroveň III

Kvantové mnoho vesmírů

Supervesmíry úrovní I a II obsahují paralelní vesmíry, které jsou od nás extrémně vzdálené za hranicemi astronomie. Nicméně další úroveň supervesmíru leží přímo kolem nás. Vychází ze slavné a vysoce kontroverzní interpretace kvantové mechaniky – myšlenky, že náhodné kvantové procesy způsobují, že se vesmír „množí“ do mnoha kopií sebe sama – jedné pro každý možný výsledek procesu.

Na počátku dvacátého století. kvantová mechanika vysvětlila podstatu atomového světa, který se neřídil zákony klasické newtonovské mechaniky. Navzdory zjevným úspěchům se mezi fyziky vedly vášnivé debaty o tom, jaký je skutečný význam nové teorie. Definuje stav vesmíru nikoli z hlediska klasické mechaniky, jako jsou polohy a rychlosti všech částic, ale prostřednictvím matematického objektu zvaného vlnová funkce. Podle Schrödingerovy rovnice se tento stav v čase mění způsobem, který matematici nazývají „unitární“. To znamená, že vlnová funkce rotuje v abstraktním nekonečně-rozměrném prostoru zvaném Hilbertův prostor. Ačkoli je kvantová mechanika často definována jako zásadně náhodná a nejistá, vlnová funkce se vyvíjí zcela deterministickým způsobem. Není na tom nic náhodného ani nejistého.

Nejtěžší je spojit vlnovou funkci s tím, co pozorujeme. Mnoho platných vlnových funkcí odpovídá nepřirozeným situacím, jako když je kočka mrtvá i živá zároveň, v tom, co se nazývá superpozice. Ve 20. letech XX století fyzici tuto zvláštnost obešli postulováním, že vlnová funkce se zhroutí do nějakého specifického klasického výsledku, když člověk provede pozorování. Tento dodatek umožnil vysvětlit pozorování, ale změnil elegantní unitární teorii na nedbalou a nejednotnou. Základní náhodnost, která se obvykle připisuje kvantové mechanice, je důsledkem právě tohoto postulátu.

Postupem času fyzici tento názor opustili ve prospěch jiného, ​​který v roce 1957 navrhl absolvent Princetonské univerzity Hugh Everett III. Ukázal, že se lze obejít bez postulátu kolapsu. Čistá kvantová teorie neklade žádná omezení. I když předpovídá, že jedna klasická realita se postupně štěpí na superpozici několika takových realit, pozorovatel subjektivně vnímá toto štěpení jednoduše jako lehkou náhodnost s rozdělením pravděpodobnosti, které přesně odpovídá starému postulátu kolapsu. Tato superpozice klasických vesmírů je supervesmír úrovně III.

Více než čtyřicet let tato interpretace mátla vědce. Fyzikální teorii však snáze pochopíme porovnáním dvou úhlů pohledu: vnějšího, z pozice fyzika studujícího matematické rovnice (jako pták zkoumající krajinu ze své výšky); a vnitřní, z pozice pozorovatele (říkejme mu žába) žijícího v krajině pozorované ptákem.

Z ptačího hlediska je supervesmír úrovně III jednoduchý. Existuje pouze jedna vlnová funkce, která se plynule vyvíjí v čase bez rozdělení nebo paralelismu. Abstraktní kvantový svět popsaný vyvíjející se vlnovou funkcí obsahuje obrovské množství kontinuálně se rozdělujících a splývajících linií paralelních klasických dějin a také řadu kvantových jevů, které nelze popsat v rámci klasických konceptů. Ale z pohledu žáby je vidět jen malá část této reality. Může vidět vesmír úrovně I, ale proces dekoherence, podobný kolapsu vlnové funkce, ale se zachováním unitarity, jí neumožňuje vidět paralelní kopie sebe sama v úrovni III.

Když je pozorovateli položena otázka, na kterou musí rychle odpovědět, kvantový efekt v jeho mozku vede k superpozici rozhodnutí, jako je toto: „čti článek dál“ a „přestaň číst článek“. Z ptačího pohledu způsobí rozhodnutí, že se osoba rozmnoží do kopií, z nichž některé pokračují ve čtení, zatímco jiné přestávají číst. Ani jeden z dvojníků si však z vnitřního hlediska neuvědomuje existenci ostatních a rozkol vnímá jednoduše jako lehkou nejistotu, nějakou možnost pokračování či zastavení čtení.

Bez ohledu na to, jak divné to může vypadat, přesně stejná situace nastává dokonce i v supervesmíru úrovně I. Je zřejmé, že jste se rozhodli pokračovat ve čtení, ale jeden z vašich protějšků ve vzdálené galaxii časopis po prvním odstavci odložil. Úrovně I a III se liší pouze tím, kde se nacházejí vaši protějšky. Na úrovni I žijí někde daleko, ve starém dobrém trojrozměrném prostoru a na úrovni III žijí na další kvantové větvi nekonečně dimenzionálního Hilbertova prostoru.

Existence úrovně III je možná pouze za podmínky, že vývoj vlnové funkce v čase je jednotný. Dosud experimenty neodhalily její odchylky od unitarity. V posledních desetiletích se to potvrdilo u všech větších systémů, včetně fullerenu C60 a kilometrových optických vláken. Teoreticky byl předpoklad unitarity podpořen objevem porušení koherence. Někteří teoretici pracující v oblasti kvantové gravitace to zpochybňují. Zejména se předpokládá, že vypařování černých děr může zničit informace, což není jednotný proces. Nedávné pokroky v teorii strun však naznačují, že i kvantová gravitace je jednotná.

Pokud tomu tak je, pak černé díry informace neničí, ale prostě je někam přenášejí. Pokud je fyzika unitární, standardní obraz vlivu kvantových fluktuací v raných fázích Velkého třesku musí být upraven. Tyto fluktuace neurčují náhodně superpozici všech možných počátečních podmínek, které koexistují současně. V tomto případě porušení koherence způsobí, že se výchozí podmínky chovají klasickým způsobem na různých kvantových větvích. Klíčovým bodem je, že distribuce výsledků na různých kvantových větvích jednoho Hubbleova objemu (úroveň III) je totožná s distribucí výsledků v různých objemech Hubblea jedné kvantové větve (úroveň I). Tato vlastnost kvantových fluktuací je známá ve statistické mechanice jako ergodicity.

Stejná úvaha platí pro úroveň II. Proces narušení symetrie nevede k jedinečnému výsledku, ale k superpozici všech výsledků, které se rychle rozcházejí na svých samostatných cestách. Pokud tedy fyzikální konstanty, dimenze časoprostoru atd. se mohou lišit v paralelních kvantových větvích na úrovni III, pak se budou lišit i v paralelních vesmírech na úrovni II.

Jinými slovy, supervesmír úrovně III nepřidává nic nového k tomu, co je přítomno v úrovních I a II, pouze více kopií stejných vesmírů - stejné historické linie se znovu a znovu vyvíjejí na různých kvantových větvích. Zdá se, že vzrušená debata kolem Everettovy teorie brzy utichne díky objevu stejně grandiózních, ale méně kontroverzních supervesmírů Úrovně I a II.

Aplikace těchto myšlenek jsou hluboké. Například tato otázka: roste počet vesmírů v čase exponenciálně? Odpověď je nečekaná: ne. Z ptačího pohledu existuje pouze jeden kvantový vesmír. Jaký je počet samostatných vesmírů pro žábu v daném okamžiku? Toto je počet znatelně odlišných svazků Hubblea. Rozdíly mohou být malé: představte si, že se planety pohybují různými směry, představte si, že byste se vdala za někoho jiného atd. Na kvantové úrovni existuje 10 až 10 118 vesmírů s teplotou ne vyšší než 108 K. Toto číslo je gigantické, ale konečné.

U žáby odpovídá vývoj vlnové funkce nekonečnému pohybu z jednoho z těchto 10 na mocninu 10118 stavů do druhého. Nyní jste ve vesmíru A, kde čtete tuto větu. A nyní jste již ve vesmíru B, kde čtete další větu. Jinými slovy, v B je pozorovatel, který je totožný s pozorovatelem ve vesmíru A, jen s tím rozdílem, že má vzpomínky navíc. V každém okamžiku existují všechny možné stavy, takže běh času může nastat před očima pozorovatele. Tuto myšlenku vyjádřil ve svém sci-fi románu „Permutation City“ (1994) spisovatel Greg Egan a vyvinul ji fyzik David Deutsch z Oxfordské univerzity, nezávislý fyzik Julian Barbour a další. Vidíme, že myšlenka supervesmíru může hrát klíčovou roli v pochopení podstaty času.

Úroveň IV

Jiné matematické struktury s

Počáteční podmínky a fyzikální konstanty v supervesmírech úrovní I, II a III se mohou lišit, ale základní fyzikální zákony jsou stejné. Proč jsme se zastavili tady? Proč se samotné fyzikální zákony nemohou lišit? A co vesmír, který se řídí klasickými zákony bez jakýchkoli relativistických efektů? A co čas plynoucí v diskrétních krocích, jako v počítači?

A co vesmír jako prázdný dvanáctistěn? V supervesmíru úrovně IV všechny tyto alternativy existují.

O tom, že takový supervesmír není absurdní, svědčí korespondence světa abstraktního uvažování s naším skutečným světem. Rovnice a další matematické pojmy a struktury – čísla, vektory, geometrické objekty – popisují realitu s úžasnou věrohodností. Matematické struktury naopak vnímáme jako reálné. Ano, splňují základní kritérium reality: jsou stejné pro každého, kdo je studuje. Věta bude pravdivá bez ohledu na to, kdo ji dokázal - člověk, počítač nebo inteligentní delfín. Jiné zvídavé civilizace najdou stejné matematické struktury, jaké známe my. Matematici proto říkají, že nevytvářejí, ale spíše objevují matematické objekty.

Existují dvě logická, ale diametrálně odlišná paradigmata vztahu mezi matematikou a fyzikou, která vznikla v dávných dobách. Podle Aristotelova paradigmatu je fyzická realita primární a matematický jazyk je pouze vhodnou aproximací. V rámci Platónova paradigmatu jsou to matematické struktury, které jsou skutečně reálné a pozorovatelé je vnímají nedokonale. Jinými slovy, tato paradigmata se liší v chápání toho, co je primární – žabího pohledu pozorovatele (Aristotelovo paradigma) nebo ptačího pohledu z výšin fyzikálních zákonů (Platonův pohled).

Aristotelovo paradigma je to, jak jsme vnímali svět od raného dětství, dlouho předtím, než jsme poprvé slyšeli o matematice. Platónův pohled je pohled na získané znalosti. Moderní teoretičtí fyzici jsou k tomu nakloněni a naznačují, že matematika popisuje vesmír dobře právě proto, že vesmír je ve své podstatě matematický. Pak celá fyzika přijde na řešení matematického problému a nekonečně chytrý matematik dokáže pouze na základě základních zákonů vypočítat obraz světa na úrovni žáby, tzn. vypočítat, jací pozorovatelé existují ve vesmíru, co vnímají a jaké jazyky vynalezli, aby zprostředkovali své vjemy.

Matematická struktura je abstrakce, neměnná entita mimo čas a prostor. Pokud by byl příběh filmem, pak by matematická struktura neodpovídala jednomu snímku, ale filmu jako celku. Vezměme si například svět skládající se z částic nulové velikosti rozmístěných v trojrozměrném prostoru. Z ptačího hlediska jsou ve čtyřrozměrném časoprostoru trajektorie částic „špagety“. Pokud žába vidí částice pohybující se konstantní rychlostí, pak pták vidí spoustu rovných, nevařených špaget. Pokud žába vidí dvě částice obíhající po drahách, pak pták vidí dvě „špagety“ stočené do dvojité šroubovice. Pro žábu je svět popsán Newtonovými zákony pohybu a gravitace, pro ptáka je svět popsán „špagetovou“ geometrií, tzn. matematická struktura. Samotná žába je pro ni jejich tlustou koulí, jejíž složité propletení odpovídá skupině částic, které uchovávají a zpracovávají informace. Náš svět je složitější než uvažovaný příklad a vědci nevědí, které matematické struktuře odpovídá.

Platónovo paradigma obsahuje otázku: proč je náš svět takový, jaký je? Pro Aristotela je to nesmyslná otázka: svět existuje, a tak to je! Ale Platónovy následovníky zajímá: mohl by být náš svět jiný? Pokud je vesmír v podstatě matematický, proč je tedy založen pouze na jedné z mnoha matematických struktur? Zdá se, že základní asymetrie spočívá v samotné podstatě přírody. K vyřešení hádanky jsem předpokládal, že matematická symetrie existuje: že všechny matematické struktury jsou fyzicky realizovány a každá z nich odpovídá paralelnímu vesmíru. Prvky tohoto supervesmíru nejsou ve stejném prostoru, ale existují mimo čas a prostor. Většina z nich pravděpodobně nemá pozorovatele. Hypotézu lze chápat jako extrémní platonismus, který tvrdí, že matematické struktury Platónova světa idejí nebo „mentální krajina“ matematika Rudyho Ruckera ze Státní univerzity v San Jose existují ve fyzickém smyslu. Je to podobné tomu, co kosmolog John D. Barrow z Cambridgeské univerzity nazval „p v nebi“, filozof Robert Nozick z Harvardské univerzity popsal jako „princip plodnosti“ a filozof David K. Lewis) z Princetonské univerzity nazval „modální realitu“. .“ Úroveň IV uzavírá hierarchii supervesmírů, protože jakákoliv samostatná fyzikální teorie může být vyjádřena ve formě určité matematické struktury.

Hypotéza supervesmíru úrovně IV přináší několik testovatelných předpovědí. Stejně jako na úrovni II zahrnuje soubor (v tomto případě souhrn všech matematických struktur) a výběrové efekty. Při klasifikaci matematických struktur musí vědci poznamenat, že struktura, která popisuje náš svět, je nejobecnější z těch, které jsou v souladu s pozorováními. Výsledky našich budoucích pozorování by proto měly být nejobecnější z těch, která jsou v souladu s daty předchozích výzkumů, a data předchozích výzkumů by měla být nejobecnější z těch, která jsou obecně kompatibilní s naší existencí.

Posouzení míry obecnosti není snadný úkol. Jedním z nápadných a uklidňujících rysů matematických struktur je, že vlastnosti symetrie a invariance, které udržují náš vesmír jednoduchý a uspořádaný, jsou obecně sdíleny. Matematické struktury obvykle mají tyto vlastnosti standardně a zbavit se jich vyžaduje zavedení složitých axiomů.

Co říkal Occam?

Teorie paralelních vesmírů mají tedy čtyřúrovňovou hierarchii, kde na každé další úrovni jsou vesmíry stále méně podobné našim. Mohou být charakterizovány různými počátečními podmínkami (Úroveň I), fyzikálními konstantami a částicemi (Úroveň II) nebo fyzikálními zákony (Úroveň IV). Je legrační, že úroveň III byla v posledních desetiletích nejvíce kritizována jako jediná, která nezavádí kvalitativně nové typy vesmírů. V nadcházejícím desetiletí nám podrobná měření záření kosmického mikrovlnného pozadí a rozsáhlého rozložení hmoty ve Vesmíru umožní přesněji určit zakřivení a topologii vesmíru a potvrdit nebo vyvrátit existenci úrovně I. Stejná data nám umožní získat informace o úrovni II testováním teorie chaotické věčné inflace. Pokroky v astrofyzice a fyzice částic s vysokou energií pomohou zpřesnit míru jemného doladění fyzikálních konstant, posílení nebo oslabení pozic úrovně II. Pokud budou snahy o vytvoření kvantového počítače úspěšné, bude existovat další argument pro existenci vrstvy III, protože paralelní výpočty budou využívat paralelismus této vrstvy. Experimentátoři také hledají důkazy o porušení unitarity, což jim umožní odmítnout hypotézu o existenci úrovně III. Konečně úspěch či neúspěch pokusu vyřešit nejdůležitější problém moderní fyziky – spojit obecnou relativitu s kvantovou teorií pole – odpoví na otázku ohledně úrovně IV. Buď se najde matematická struktura, která přesně popisuje náš Vesmír, nebo narazíme na hranici neuvěřitelné účinnosti matematiky a budeme nuceni opustit hypotézu IV. úrovně.

Je tedy možné věřit v paralelní vesmíry? Hlavní argumenty proti jejich existenci jsou příliš plýtvání a nesrozumitelnost. Prvním argumentem je, že teorie supervesmíru jsou zranitelné vůči Occamově břitvě, protože předpokládají existenci jiných vesmírů, které nikdy neuvidíme. Proč by příroda měla tak plýtvat a „bavit se“ vytvářením nekonečného množství různých světů? Tento argument lze však obrátit ve prospěch existence supervesmíru. V jakých ohledech příroda plýtvá? Samozřejmě ne v prostoru, hmotnosti nebo počtu atomů: nekonečné množství jich je obsaženo již v úrovni I, o jejíž existenci není pochyb, takže nemá smysl se obávat, že jich příroda utratí další. Skutečným problémem je zjevný pokles jednoduchosti. Skeptici se obávají dalších informací potřebných k popisu neviditelných světů.

Celý soubor je však často jednodušší než každý jeho člen. Informační objem číselného algoritmu je, zhruba řečeno, délka nejkratšího počítačového programu, který toto číslo generuje, vyjádřená v bitech. Vezměme si například množinu všech celých čísel. Co je jednodušší - celá sada nebo jediné číslo? Na první pohled - druhý. První z nich však lze sestavit pomocí velmi jednoduchého programu a jediné číslo může být extrémně dlouhé. Celá sestava se proto ukazuje jako jednodušší.

Podobně množina všech řešení Einsteinových rovnic pro pole je jednodušší než každé konkrétní řešení – první se skládá pouze z několika rovnic a druhé vyžaduje specifikovat obrovské množství počátečních dat na určité hyperpovrchové ploše. Složitost se tedy zvyšuje, když se soustředíme na jediný prvek souboru, přičemž ztrácíme symetrii a jednoduchost, která je vlastní souhrnu všech prvků.

V tomto smyslu jsou supervesmíry vyšších úrovní jednodušší. Přechod z našeho vesmíru do supervesmíru I. úrovně eliminuje potřebu specifikovat počáteční podmínky. Dalším pohybem na úroveň II odpadá nutnost specifikovat fyzikální konstanty a na úrovni IV není potřeba specifikovat vůbec nic. Přílišná složitost je jen subjektivní vjem, žabí úhel pohledu. A z ptačí perspektivy může být tento supervesmír jen stěží jednodušší. Stížnosti na nesrozumitelnost jsou estetické, nikoli vědecké, a jsou oprávněné pouze v aristotelském vidění světa. Když se ptáme na povahu reality, neměli bychom očekávat odpověď, která se může zdát zvláštní?

Společným rysem všech čtyř úrovní supervesmíru je, že nejjednodušší a zřejmě nejelegantnější teorie standardně zahrnuje paralelní vesmíry. K odmítnutí jejich existence je nutné teorii zkomplikovat přidáním experimentem nepotvrzených procesů a postulátů k tomuto účelu vymyšlených – o konečnosti prostoru, kolapsu vlnové funkce a ontologické asymetrii. Naše volba spočívá v tom, co je považováno za plýtvavější a neelegantnější – mnoho slov nebo mnoho vesmírů. Možná si časem zvykneme na výstřednosti našeho kosmu a shledáme jeho podivnostmi okouzlujícími.

Světy paralelních vesmírů

V teoretických pracích kosmologů se náš Vesmír, stejně jako v zrcadlech, stále více odráží v nesčetném roji svého druhu. Paralelní vesmíry se donekonečna množí. Světy našich dvojníků, kteří v jiných existencích podlehnou všem pokušením, která jsme my odmítli – a naopak. Vesmíry, které se od toho našeho ve všech směrech liší: se zcela jinými přírodními zákony a fyzikálními konstantami, s časem plynoucím jiným směrem, s částicemi řítícími se nadsvětelnou rychlostí.

„Myšlenka paralelních vesmírů se vědcům zdála velmi podezřelá – jakési útočiště pro esoteriky, snílky a šarlatány. Každý fyzik, který se rozhodl mluvit o paralelních Vesmírech, se okamžitě v očích svých kolegů stal předmětem posměchu a riskoval svou kariéru, protože ani nyní neexistuje sebemenší experimentální potvrzení jejich správnosti.

Postupem času se ale postoje k tomuto problému dramaticky změnily a nejlepší mozky se ho vytrvale snaží vyřešit,“ říká profesor New York University Michio Kaku, autor knihy „Paralelní vesmíry“.

Soubor Vesmírů již dostal své jméno: Multivesmír, Multivesmír. Stále častěji se jí věnují seriózní vědecké knihy. Autor jednoho z nich, „The Universe Next Door“, britský astrofyzik Marcus Chown, napsal: „Náš vesmír není jeden jediný vesmír, ale jen jeden z nekonečné řady dalších, kypících v řece času, jako bubliny pěny. Tam, za nejvzdálenějšími hranicemi vesmíru, viditelné dalekohledem, existují vesmíry, které jsou připraveny odpovídat všem představitelným matematickým vzorcům.“

Max Tegmark, autor studie „Paralelní vesmíry“, uvedl: „Příroda nám různými způsoby říká, že náš vesmír je pouze jedním z mnoha jiných vesmírů... V tuto chvíli ještě nejsme schopni vidět, jak tyto části zapadnout do jednoho obřího obrázku... Samozřejmě, že mnoha obyčejným lidem tato myšlenka připadá extravagantní a myslí si to i mnoho vědců. Ale to je emocionální reakce. Lidé prostě nemají rádi všechny ty odpadky neživých vesmírů."

Nejautoritativnější fyzici naší doby nezůstávají stranou této posedlosti. Profesor Cambridgeské univerzity Martin Rees, královský astronom z Velké Británie, si je jistý: „To, co jsme zvyklí nazývat „Universum“, může být ve skutečnosti pouze jedním jediným článkem v celém souboru. Je docela možné, že existuje nespočet dalších vesmírů, kde přírodní zákony vypadají úplně jinak. Vesmír, ve kterém jsme vznikli, je součástí neobvyklé podmnožiny, kde je umožněn vznik vědomí.“

Tyto druhy myšlenek zapadají do moderních představ fyziků a astronomů. Náš vesmír se tedy zrodil před 13,7 miliardami let v důsledku velkého třesku. Nic nenasvědčuje tomu, že by šlo o ojedinělou, izolovanou událost. Takové exploze by mohly nastat nesčetněkrát a vždy by zrodily další mimozemský vesmír. Jako kousky skládačky tvoří jeden obrázek „Světa jako celku“ – Multivesmíru.

Tato myšlenka je plná podivných závěrů. „Pronásleduje nás stejný obsedantní obrázek,“ řekl ironicky americký fyzik Frank Wilczek, „vidíme nekonečné množství našich vlastních kopií, které jsou od sebe téměř nerozeznatelné a které vedou své vlastní paralelní životy. A každou chvíli se objevuje více a více našich dvojníků, kteří žijí nejrozmanitější verze naší vlastní budoucnosti.“

Obecně řečeno, tento druh obrázku se vrací k myšlence amerického fyzika Hugha Everetta, nastíněné před více než půlstoletím, v roce 1957. Kvantovou teorii interpretoval následovně: navrhl, že pokaždé, když je třeba učinit volbu, mezi několika možnými stavy se náš Vesmír rozdělí na několik paralelních Vesmírů, které jsou si navzájem velmi podobné. Existuje tedy vesmír, ve kterém se dnes večer setkám s Elenou. Existuje vesmír, kde se setkání neuskuteční. A od této chvíle se bude každý z nich vyvíjet po svém. Můj soukromý život je tedy skutečně jen zvláštním případem velkého množství osudů, které já a všichni moji dvojníci musíme prožít summa summarum.

Everettův nápad je zároveň skvělým způsobem, jak vyřešit nevyhnutelné paradoxy, které vznikají, když mluvíme o „stroji času“. Co když jeho vynálezce po návratu v čase náhle upadne do divoké melancholie a rozhodne se spáchat sebevraždu? Zemře ve svém vzdáleném mládí; nevynalezne auto letící vzdáleností času; nevrátí se do mládí; nezabije se; bude žít dlouho a bude se věnovat technické kreativitě; vynalezne stroj času; vrátí se v čase, zabije se; zemře ve svém vzdáleném mládí... Klouzáš po tomto logickém řetězci jako na Mobiově proužku a nechápeš, kam jsi se posunul zepředu dozadu.

1991 – David Deutsch z Oxfordské univerzity rozsekl uzel tohoto paradoxu. Můžete skutečně cestovat do minulosti - a dokonce i se zbraní v ruce - ale pokaždé, když se vydáme do minulosti, neocitneme se v našem Vesmíru, kde jsme ještě neviděli ani neslyšeli žádné hosty z budoucnosti, ale v alternativní vesmír, který se zrodí, jakmile přistane stroj času. V našem světě je rámec vztahů příčina-následek neotřesitelný.

„Předmět putuje z určitého času, plyne v určitém světě a končí v jiném čase a jiném světě. Ale ani jeden předmět není schopen přenést do minulé éry téhož světa,“ tak můžeme formulovat tuto zkušenost, která se proměnila v cestu do paralelního prostoru. Aforismus Maurice Maeterlincka „Pokud se dnes Jidáš vydá na cestu, tato cesta ho zavede k Jidášovi“ neobstál ve zkoušce kosmologických názorů. Člověk, který jde do minulosti, aby se setkal se sebou samým, nachází v minulosti někoho jiného pouze svého dvojníka.

Podivný? „Everettova interpretace je nevyhnutelným závěrem, který by měl být učiněn, pokud považujeme kvantovou teorii za univerzální učení, které platí vždy a všude,“ s takovou úvahou bude souhlasit mnoho fyziků. A další se již zabývají mapováním vesmíru, do kterého se vejde ne jeden, ale nekonečný počet Vesmírů.

My, jedineční a nenapodobitelní lidé, se množíme jako kopie filmů na DVD, roztříděné do různých bytů. A pokud v tuto chvíli na disku č. 3234 sedá prach v krabici, pak někdo právě vkládá disk č. 3235 do přehrávače a někdo vytahuje disk č. 3236, aby jej vložil do přesně stejné krabice, a disk č. .... Obecně se s nimi děje vše, co se může stát.

Je možné navštívit paralelní vesmír?

Když vědci mluví o paralelních vesmírech, nejčastěji mluví o různých objektech: o vzdálených oblastech vesmíru, mezi nimiž leží „superluminální“ – inflační – propasti, o řadě světů, které se stále budou od našeho vesmíru oddělovat, o okrajích N-rozměrného vesmíru, z něhož tvoří nám známý vesmír.

Podle jednoho scénáře se hustota energie vakua může někdy spontánně změnit tak, že to vede ke zrození „dceřiného vesmíru“. Takové vesmíry se rozptýlí po Multivesmíru jako mýdlové bubliny vyfouknuté dítětem. Podle jiných scénářů se v hlubinách černých děr rodí nové vesmíry.

Kritici považují samotnou hypotézu multivesmíru za spekulativní. Nelze to ani pravdivě doložit, ani dokázat. Jiné vesmíry nejsou pozorovatelné; nemůžeme je vidět na vlastní oči, stejně jako nemůžeme vidět včera ani zítra. Je tedy možné na základě nám známých fyzikálních zákonů či faktů popsat, co leží za horizontem vesmíru? Bylo by troufalé tvrdit, že „neexistuje žádný měsíc, dokud ho nikdo nevidí“ – že neexistují žádné jiné světy, protože je nelze vidět. Měli bychom odmítnout tuto „spekulativní fantazii“, pokud je jakýkoli pokus popsat to, co leží mimo náš svět, svým způsobem fantastický?

Musíme se zabývat pouze teoretickým základem, na kterém nelze stavět nic praktického. Co se týče extravagance, kvantová teorie není podle názoru vnějšího pozorovatele o nic méně fantastická než řeč o nekonečném počtu Vesmírů.

Postupně se ve fyzice prosadila zásada: „Vše, co není zakázáno, se nevyhnutelně splní. V tomto případě je právo na další tah přeneseno na soupeře. Je na nich, aby dokázali nemožnost té či oné hypotézy, a na nadšencích, aby je navrhli. Podíl kritiků tedy spočívá v přesvědčení, že žádný z mnoha vesmírů nemá právo existovat v žádném parseku n-rozměrnosti. A pokud by se jim to podařilo dokázat, bylo by to docela zvláštní. „Kdyby existoval pouze jeden z našich vesmírů,“ píše britský kosmolog Dennis William Sciama, „bylo by těžké vysvětlit, proč zde není místo pro mnoho jiných vesmírů, zatímco tento je stále k dispozici.“

S vládou myšlenky „více vesmírů“ přichází koperníkovská revoluce, která začala před 5 stoletími, ke svému logickému závěru. „Na počátku lidé věřili, že Země je středem vesmíru,“ píše Alexander Vilenkin. „Pak se ukázalo, že Země zaujímá přibližně stejné místo jako ostatní planety. Bylo těžké smířit se s tím, že nejsme jedineční.“

Nejprve byla Země vytlačena ze středu vesmíru, pak se naše Galaxie ukázala jako jeden z malých ostrůvků ve vesmíru a nyní se vesmír znásobil, jako zrnko písku v nekonečné enfiládě zrcadel. Obzory vesmíru se rozšířily – do všech směrů, do všech dimenzí! Nekonečno se stalo ve fyzice přirozenou realitou, neměnnou vlastností světa.

Takže někde v dálce číhají další vesmíry. Je možné se k nim dostat? Možná ve sci-fi nadešel čas nahradit „stroje času“, které už měly spoustu času létat po světech minulosti a budoucnosti, za „vesmírné stroje“, které se budou řítit našimi hvězdnými světy do neznámá vzdálenost transcendentální geometrie. Co si o tom myslí vědci?

2005 – Americký institut pro letectví a kosmonautiku udělil cenu v kategorii „Future Flight“ rakouskému fyzikovi Walteru Drescherovi a jeho německému kolegovi Joachimu Heuserovi. Pokud jsou myšlenky, které navrhli, správné, pak se můžete dostat na Měsíc za pár minut, na Mars za dvě a půl hodiny a 80 dní stačí nejen na oběhnutí Země, ale také na cestu k ležící hvězdě. deset světelných let od nás. Takové návrhy se prostě nemohou neobjevit – jinak se kosmonautika dostane do slepé uličky. Není jiná možnost: buď jednou poletíme ke hvězdám, nebo jsou vesmírné cesty naprosto zbytečné, jako pokusit se obejít zeměkouli skákat na jedné noze.

Na čem je založena myšlenka Drescher a Heuser? Německý vědec Burkhard Heim se před půl stoletím pokusil uvést do souladu dvě nejdůležitější teorie moderní fyziky: kvantovou mechaniku a obecnou teorii relativity.

Einstein svého času ukázal, že prostor v okolí planet či hvězd je silně zakřivený a čas od nich plyne pomaleji než daleko. To je těžké ověřit, ale snadno vysvětlit pomocí metafory. Prostor lze přirovnat k pevně natažené gumě a nebeská tělesa jsou rozptylem kovových kuliček, které kolem něj monotónně krouží. Čím masivnější koule, tím hlubší prohlubeň pod ní. Gravitace, řekl Einstein, je prostorová geometrie, viditelné zkreslení časoprostoru.

Heim dovedl svou myšlenku k logickému závěru, přičemž předpokládal, že další základní interakce jsou také generovány rysy prostoru, ve kterém žijeme – a podle Heima žijeme v šestirozměrném prostoru (včetně času).

Jeho následovníci Drescher a Heuser zvýšili počet dimenzí našeho vesmíru na osm a dokonce popsali, jak můžeme proniknout za dimenze, na které jsme zvyklí (tady je to „let budoucnosti“!).

Jejich model „vesmírného stroje“ je následující: rotující prstenec a silné magnetické pole určité konfigurace. Jak se rychlost rotace prstence zvyšuje, hvězdná loď, která se zde nachází, se zdá, že se rozpouští ve vzduchu a stává se neviditelnou (ti, kdo sledovali film „Kontakt“ podle románu Carla Sagana, si dobře pamatují scénu, kdy se kulovitá loď divoce otáčela na místě, zmizel za záclonovou mlhou - byl transportován do „tunelu červí díry“).

Hvězdná loď Drescher a Heuser tedy také unikla do jiné dimenze, kde podle hypotézy vědců mohou fyzikální konstanty, včetně rychlosti světla, nabývat úplně jiné hodnoty - například mnohem větší. Poté, co se loď řítila mimozemskou dimenzí - "paralelním vesmírem" - nadsvětelnou (podle našeho názoru) rychlostí, okamžitě se objevila u cíle, ať už to byl Měsíc, Mars nebo hvězda.

Autoři práce upřímně píší, že „tento projekt obsahuje nedostatky“ a je „matematicky chybný“, zejména není zcela jasné, jak loď proniká paralelním vesmírem, natož se z něj dostává. Moderní technologie toho nejsou schopny. Obecně lze říci, že navrhovaná teorie, jak je uvedeno v komentáři v časopise New Scientist, je obtížné sladit s moderní fyzikou, ale může to být docela slibný směr.

Co když naši stejně smýšlející lidé v jednom z paralelních světů uvažují stejně a možná se k nám dokonce pokusí dostat?

Jak často přemýšlíte o tom, jak by byl náš dnešní svět strukturován, kdyby výsledky některých klíčových historických událostí byly jiné? Jaká by byla naše planeta, kdyby nevymřeli například dinosauři? Každý náš čin a rozhodnutí se automaticky stává součástí minulosti. Ve skutečnosti neexistuje žádná přítomnost: vše, co v tuto chvíli děláme, nelze změnit, je to zaznamenáno v paměti Vesmíru. Existuje však teorie, podle které existuje mnoho vesmírů, ve kterých žijeme zcela odlišný život: každý náš čin je spojen s určitou volbou a při provádění této volby v našem vesmíru paralelně s „jiným já“ učiní opačné rozhodnutí. Jak oprávněná je taková teorie z vědeckého hlediska? Proč se k tomu vědci uchýlili? Zkusme na to přijít v našem článku.

Mnoho světů pojetí vesmíru

Teorii pravděpodobného souboru světů poprvé zmínil americký fyzik Hugh Everett. Nabídl své řešení jedné z hlavních kvantových záhad fyziky. Než přejdeme přímo k teorii Hugha Everetta, je nutné pochopit, v čem spočívá tato záhada kvantových částic, která pronásleduje fyziky po celém světě po celá desetiletí.

Představme si obyčejný elektron. Ukazuje se, že jako kvantový objekt může být na dvou místech současně. Tato jeho vlastnost se nazývá superpozice dvou stavů. Tím ale kouzlo nekončí. Jakmile chceme nějak upřesnit umístění elektronu, např. zkusíme ho srazit jiným elektronem, tak z kvanta se stane obyčejným. Jak je to možné: elektron byl v bodě A i v bodě B a najednou v určitém okamžiku přeskočil do B?

Hugh Everett nabídl svůj výklad této kvantové záhady. Podle jeho teorie mnoha světů elektron nadále existuje ve dvou stavech současně. Všechno je to o samotném pozorovateli: nyní se promění v kvantový objekt a je rozdělen do dvou stavů. V jednom z nich vidí elektron v bodě A, ve druhém - v B. Existují dvě paralelní reality a ve které z nich se pozorovatel ocitne, není známo. Rozdělení na reality se neomezuje pouze na dvojku: jejich větvení závisí pouze na variaci událostí. Všechny tyto reality však existují nezávisle na sobě. My se jako pozorovatelé ocitáme v jednom, ze kterého nelze odejít, stejně jako přejít do paralelního.

Octavio Fossatti / Unsplash.com

Z hlediska tohoto konceptu je snadno vysvětlitelný experiment s nejvědečtější kočkou v dějinách fyziky – Schrödingerovou kočkou. Podle mnohosvětové interpretace kvantové mechaniky je ubohá kočka v ocelové komoře živá i mrtvá. Když tuto komoru otevřeme, jako bychom s kočkou splynuli a vytvořili dva stavy – živý a mrtvý, které se neprolínají. Vznikají dva různé vesmíry: v jednom pozorovatel s mrtvou kočkou, ve druhém s živou kočkou.

Okamžitě stojí za zmínku, že koncept mnoha světů neznamená přítomnost mnoha vesmírů: je jeden, jednoduše vícevrstevný a každý objekt v něm může být v různých stavech. Takový koncept nelze považovat za experimentálně potvrzenou teorii. Zatím je to jen matematický popis kvantové záhady.

Teorii Hugha Everetta podporují fyzik a profesor na australské Griffith University Howard Wiseman, Dr. Michael Hall z Griffith University Center for Quantum Dynamics a Dr Dirk-Andre Deckert z University of California. Podle jejich názoru paralelní světy skutečně existují a jsou obdařeny různými vlastnostmi. Jakékoli kvantové záhady a vzorce jsou důsledkem „odpuzování“ sousedních světů jeden od druhého. Tyto kvantové jevy vznikají tak, že každý svět je jiný než ten druhý.

Koncept paralelních vesmírů a teorie strun

Ze školních hodin si dobře pamatujeme, že ve fyzice existují dvě hlavní teorie: obecná teorie relativity a kvantová teorie pole. První vysvětluje fyzikální procesy v makrosvětě, druhá - v mikrosvětě. Pokud jsou obě tyto teorie použity ve stejném měřítku, budou si navzájem odporovat. Zdá se logické, že by měla existovat nějaká obecná teorie, která by platila pro všechny vzdálenosti a měřítka. Fyzici jako takové předložili teorii strun.

Faktem je, že ve velmi malém měřítku vznikají určité vibrace, které jsou podobné vibracím z běžné struny. Tyto struny jsou nabité energií. „Řetězce“ nejsou řetězce v doslovném smyslu. Toto je abstrakce, která vysvětluje interakci částic, fyzikálních konstant a jejich charakteristiky. V 70. letech, kdy se teorie zrodila, vědci věřili, že se stane univerzální popisovat celý náš svět. Ukázalo se však, že tato teorie funguje pouze v 10-rozměrném prostoru (a to žijeme ve čtyřrozměrném prostoru). Zbývajících šest dimenzí prostoru se jednoduše zhroutí. Ale jak se ukázalo, nejsou složeny jednoduchým způsobem.

V roce 2003 vědci zjistili, že se mohou zhroutit obrovským množstvím způsobů a každá nová metoda vytváří svůj vlastní vesmír s různými fyzikálními konstantami.

Jason Blackeye / Unsplash.com

Stejně jako u konceptu mnoha světů je teorie strun poměrně obtížné experimentálně dokázat. Matematický aparát teorie je navíc tak obtížný, že pro každou novou myšlenku je třeba hledat matematické vysvětlení doslova od nuly.

Hypotéza matematického vesmíru

Kosmolog a profesor na Massachusetts Institute of Technology Max Tegmark předložil svou „teorii všeho“ v roce 1998 a nazval ji hypotézou matematického vesmíru. Problém existence velkého množství fyzikálních zákonů vyřešil po svém. Podle jeho názoru každý soubor těchto zákonů, které jsou z hlediska matematiky konzistentní, odpovídá nezávislému vesmíru. Univerzálnost teorie spočívá v tom, že ji lze použít k vysvětlení všech různých fyzikálních zákonů a hodnot fyzikálních konstant.

Tegmark navrhl, aby byly všechny světy podle jeho koncepce rozděleny do čtyř skupin. První zahrnuje světy nacházející se za naším kosmickým horizontem, takzvané extrametagalaktické objekty. Druhá skupina zahrnuje světy s jinými fyzikálními konstantami, odlišnými od těch z našeho Vesmíru. Třetím jsou světy, které se objevují jako výsledek výkladu zákonů kvantové mechaniky. Čtvrtá skupina je určitý soubor všech vesmírů, ve kterých se objevují určité matematické struktury.

Jak výzkumník poznamenává, náš vesmír není jediný, protože prostor je neomezený. Náš svět, kde žijeme, je omezen prostorem, jehož světlo k nám dorazilo 13,8 miliardy let po velkém třesku. O dalších vesmírech se budeme moci spolehlivě dozvědět minimálně za další miliardu let, dokud se k nám světlo z nich nedostane.

Stephen Hawking: Černé díry jsou cestou do jiného vesmíru

Stephen Hawking je také zastáncem teorie mnoha vesmírů. Jeden z nejslavnějších vědců naší doby poprvé představil svou esej „Černé díry a mladé vesmíry“ v roce 1988. Výzkumník naznačuje, že černé díry jsou cestou k alternativním světům.

Díky Stephenu Hawkingovi víme, že černé díry mají tendenci ztrácet energii a vypařovat se, čímž se uvolňuje Hawkingovo záření, které je pojmenováno po samotném výzkumníkovi. Než velký vědec učinil tento objev, vědecká komunita věřila, že vše, co nějak spadlo do černé díry, zmizelo. Hawkingova teorie tento předpoklad vyvrací. Podle fyzika z ní hypoteticky jakákoliv věc, předmět, předmět, který spadne do černé díry, vyletí a skončí v jiném vesmíru. Taková cesta je však jednosměrný pohyb: neexistuje způsob, jak se vrátit.