universi paralleli. Il nostro mondo non è l'unico: la teoria degli universi paralleli

Il multiverso è un concetto scientifico che suggerisce l'esistenza di molti universi paralleli. Esistono numerose ipotesi che descrivono la diversità di questi mondi, le loro proprietà e interazioni.

Il successo della teoria quantistica è innegabile. Dopotutto, rappresenta insieme a tutte le leggi fondamentali della fisica conosciute nel mondo moderno. Nonostante ciò, la teoria quantistica solleva ancora una serie di domande alle quali non ci sono ancora risposte certe. Uno di questi è il noto "problema del gatto di Schrödinger", che dimostra chiaramente le fondamenta traballanti della teoria quantistica, che si forma sulle previsioni e sulla probabilità di un evento. Il punto è che la caratteristica di una particella, secondo la teoria quantistica, è la sua esistenza in uno stato pari alla somma di tutti i suoi stati possibili. In questo caso, se applichiamo questa legge al mondo quantistico, risulta che il gatto è la somma dello stato di un gatto vivo e di un gatto morto!

E sebbene le leggi della teoria quantistica siano utilizzate con successo nell'applicazione di tecnologie come radar, radio, telefoni cellulari e Internet, bisogna sopportare il suddetto paradosso.

Nel tentativo di risolvere il problema quantistico si è formata la cosiddetta "teoria di Copenaghen", secondo la quale lo stato del gatto diventa certo quando apriamo la scatola e ne osserviamo lo stato, e prima era indeterminato. Tuttavia, l'applicazione della teoria di Copenaghen, per esempio, significa che Plutone è esistito solo dal momento in cui è stato scoperto dall'astronomo americano Clyde Tombaugh il 18 febbraio 1930. Solo in questo giorno, la funzione d'onda (stato) di Plutone è stata fissata e tutto il resto è crollato. Ma si sa che Plutone è molto più vecchio di 3,5 miliardi di anni, indicando problemi con l'interpretazione di Copenaghen.

Pluralità di mondi

Un'altra soluzione al problema quantistico fu proposta dal fisico americano Hugh Everett nel 1957. Ha formulato la cosiddetta "interpretazione a molti mondi dei mondi quantistici". Secondo esso, ogni volta che un oggetto passa da uno stato indefinito a uno certo, questo oggetto viene suddiviso nel numero di stati possibili. Usando il gatto di Schrödinger come esempio, quando apriamo la scatola, appare un universo con uno scenario in cui il gatto è morto e appare un universo in cui rimane vivo. Quindi, si trova in due stati, ma già in mondi paralleli, cioè tutte le funzioni d'onda del gatto rimangono valide e nessuna di esse crolla.

È questa ipotesi che molti scrittori di fantascienza hanno utilizzato nelle loro opere di fantascienza. La molteplicità di mondi paralleli suggerisce la presenza di una serie di eventi alternativi, a causa dei quali la storia ha preso un corso diverso. Ad esempio, in qualche mondo, l'invincibile Armada spagnola non fu sconfitta o il Terzo Reich vinse la seconda guerra mondiale.

Un'interpretazione più moderna di questo modello spiega l'impossibilità di interazione con altri mondi dalla mancanza di coerenza delle funzioni d'onda. In parole povere, a un certo punto la nostra funzione d'onda ha smesso di fluttuare nel tempo con le funzioni dei mondi paralleli. Allora è del tutto possibile che possiamo convivere in un appartamento con "coinquilini" di altri universi, senza interagire con loro in alcun modo, e, come loro, essere convinti che sia il nostro Universo ad essere reale.

In effetti, il termine "multi-mondo" non è del tutto appropriato per questa teoria, poiché presuppone un mondo con molte opzioni per eventi che si verificano simultaneamente.

La maggior parte dei fisici teorici concorda sul fatto che questa ipotesi è incredibilmente fantastica, ma spiega i problemi della teoria quantistica. Tuttavia, un certo numero di scienziati non considera scientifica l'interpretazione dei molti mondi, poiché non può essere confermata o confutata utilizzando il metodo scientifico.

Nella cosmologia quantistica

Oggi, l'ipotesi di una pluralità di mondi sta tornando ancora una volta sulla scena scientifica, poiché gli scienziati intendono utilizzare la teoria quantistica non per qualsiasi oggetto, ma per applicarla all'intero Universo. Stiamo parlando della cosiddetta "cosmologia quantistica", che, come può sembrare a prima vista, è assurda anche nella sua formulazione. Le domande di questo campo scientifico sono connesse con l'Universo. Le scarse dimensioni dell'Universo nelle prime fasi della sua formazione sono abbastanza coerenti con la scala della teoria quantistica.

In questo caso, se le dimensioni dell'Universo fossero dell'ordine di , allora applicandovi la teoria quantistica, possiamo anche ottenere uno stato indefinito dell'Universo. Quest'ultimo implica la presenza di altri universi che si trovano in stati diversi con probabilità diverse. Quindi gli stati di tutti i mondi paralleli in totale danno un'unica "funzione d'onda dell'Universo". A differenza dell'interpretazione dei molti mondi, gli universi quantistici esistono separatamente.

Come sapete, esiste un problema di messa a punto dell'Universo, che richiama l'attenzione sul fatto che le costanti fisiche fondamentali che stabiliscono le leggi fondamentali della natura nel mondo sono idealmente abbinate all'esistenza della vita. Se la massa del protone fosse leggermente inferiore, la formazione di elementi più pesanti dell'idrogeno sarebbe impossibile. Questo problema può essere risolto utilizzando il modello multiverso, che implementa molti universi paralleli con differenti fondamentali. Quindi la probabilità dell'esistenza di alcuni di questi mondi è piccola e "muoiono" poco dopo la loro nascita, ad esempio, si restringono o volano via. Altri, le cui costanti formano leggi fisiche coerenti, rimangono stabili con un'alta probabilità. Secondo questa ipotesi, il multiverso comprende un gran numero di mondi paralleli, la maggior parte dei quali sono "morti", e solo un piccolo numero di universi paralleli consente loro di esistere a lungo, e dà persino il diritto ad avere una vita intelligente.

Nella teoria delle stringhe

Una delle aree più promettenti della fisica teorica è. Si occupa della descrizione delle stringhe quantistiche - oggetti unidimensionali estesi, la cui vibrazione ci viene presentata sotto forma di particelle. La vocazione originaria di questa teoria è quella di unire due teorie fondamentali: la teoria generale della relatività e la teoria quantistica. Come si è scoperto in seguito, ci sono diversi modi per farlo, che hanno portato a diverse teorie delle stringhe. A metà degli anni '90, un certo numero di fisici teorici scoprì che queste teorie erano casi diversi dello stesso costrutto, in seguito chiamato "teoria M".

La sua particolarità sta nell'esistenza di una certa membrana a 11 dimensioni, le cui stringhe permeano il nostro Universo. Tuttavia, viviamo in un mondo con quattro dimensioni (tre coordinate dello spazio e un tempo), dove vanno le altre dimensioni? Gli scienziati suggeriscono di chiudersi su se stessi sulla scala più piccola che non è stata ancora osservata, a causa dell'insufficiente sviluppo della tecnologia. Da questa affermazione deriva un altro problema puramente matematico: sorge un gran numero di "falsi vuoti".

La spiegazione più semplice per questa convoluzione di spazi che non osserviamo, così come la presenza di falsi vuoti, è il multiverso. I teorici delle stringhe si basano sull'affermazione che esiste un numero enorme di altri universi che non solo hanno leggi fisiche diverse, ma anche un numero diverso di dimensioni. Pertanto, la membrana del nostro Universo in una forma semplificata può essere rappresentata come una sfera, una bolla, sulla cui superficie viviamo, e le cui 7 dimensioni sono in uno stato di "collasso". Quindi il nostro mondo, insieme ad altri universi a membrana, è qualcosa come un sacco di bolle di sapone che fluttuano nell'iperspazio a 11 dimensioni. Ma noi, che esistiamo nello spazio tridimensionale, non possiamo uscire dai suoi limiti, e quindi non abbiamo l'opportunità di interagire con altri universi.

Come accennato in precedenza, la maggior parte dei mondi paralleli, gli universi sono morti. Cioè, a causa di leggi fisiche instabili o inadatte alla vita, la loro sostanza può essere rappresentata, ad esempio, solo sotto forma di un accumulo senza struttura di elettroni e. La ragione di ciò è la varietà di possibili stati quantistici delle particelle, altri valori di costanti fondamentali e un diverso numero di dimensioni. È interessante notare che tale ipotesi non contraddice il principio copernicano, che afferma che il nostro mondo non è unico. Poiché, sebbene in numero ridotto, possono esistere mondi le cui leggi fisiche, nonostante la loro differenza dalle nostre, consentono ancora la formazione di strutture complesse e l'emergere di vita intelligente.

Coerenza della teoria

Sebbene l'ipotesi del multiverso sembri uno scenario per un libro di fantascienza, ha un solo inconveniente: non è possibile per gli scienziati provarla o confutarla usando il metodo scientifico. Ma dietro c'è una matematica complessa e su di essa si basano numerose teorie fisiche significative e promettenti. Gli argomenti a favore del multiverso sono rappresentati dal seguente elenco:

• È la base per l'esistenza di un'interpretazione a molti mondi della meccanica quantistica. Una delle due teorie avanzate (insieme all'interpretazione di Copenaghen) che risolvono il problema dell'incertezza nella meccanica quantistica.
• Spiega le ragioni dell'esistenza della messa a punto dell'Universo. Nel caso del multiverso, i parametri del nostro mondo sono solo una delle tante opzioni possibili.
• È il cosiddetto “paesaggio della teoria delle stringhe”, in quanto risolve il problema dei falsi vuoti e ci permette di descrivere il motivo per cui un certo numero di dimensioni del nostro Universo sono piegate.

• Supportato che meglio spiega la sua estensione. Nelle prime fasi della formazione dell'Universo, molto probabilmente potrebbe essere diviso in due o più universi, ognuno dei quali si è evoluto indipendentemente dall'altro. Il moderno modello cosmologico standard dell'Universo — Lambda-CDM — è costruito sulla teoria dell'inflazione.

Il cosmologo svedese Max Tegmark ha proposto una classificazione di vari mondi alternativi:

1. Universi oltre il nostro universo visibile.
2. Universi con altre costanti fondamentali e numeri di dimensioni, che, ad esempio, possono essere localizzati su altre membrane, secondo la M-teoria.
3. Universi paralleli che sorgono secondo l'interpretazione a molti mondi della meccanica quantistica.
4. L'insieme finale è costituito da tutti gli universi possibili.

Non c'è nulla da dire sull'ulteriore destino della teoria del multiverso, ma oggi occupa un posto d'onore nella cosmologia e nella fisica teorica ed è supportata da numerosi fisici eccezionali del nostro tempo: Stephen Hawking, Brian Green, Max Tegmark , Michio Kaku, Alan Gut, Neil Tyson e altri.

Un modello di potenziali universi multipli è chiamato teoria dei mondi multipli. La teoria può sembrare strana e irrealistica, tanto che appartiene ai film di fantascienza e non alla vita reale. Tuttavia, non esiste esperimento che possa inconfutabilmente screditarne la validità.

L'origine dell'ipotesi dell'universo parallelo è strettamente correlata all'introduzione dell'idea della meccanica quantistica all'inizio del 1900. La meccanica quantistica, una branca della fisica che studia il microcosmo, prevede il comportamento degli oggetti nanoscopici. I fisici hanno avuto difficoltà ad adattare il comportamento della materia quantistica a un modello matematico. Ad esempio, un fotone, un minuscolo raggio di luce, può muoversi verticalmente su e giù mentre si sposta orizzontalmente in avanti o indietro.

Questo comportamento contrasta nettamente con gli oggetti visibili ad occhio nudo: tutto ciò che vediamo si muove come un'onda o una particella. Questa teoria della dualità della materia è stata chiamata Principio di incertezza di Heisenberg (HOP), che afferma che l'atto di osservazione influisce su quantità come la velocità e la posizione.

In relazione alla meccanica quantistica, questo effetto osservativo può influenzare la forma - particella o onda - degli oggetti quantistici durante le misurazioni. Le future teorie quantistiche, come l'interpretazione di Copenaghen di Niels Bohr, hanno utilizzato GNG per affermare che un oggetto osservabile non conserva la sua duplice natura e può trovarsi solo in uno stato.

Nel 1954, un giovane studente della Princeton University di nome Hugh Everett propose una proposta radicale che differiva dai modelli popolari della meccanica quantistica. Everett non credeva che l'osservazione sollevi una questione quantistica.

Invece, ha sostenuto che l'osservazione della materia quantistica crea una spaccatura nell'universo. In altre parole, l'universo crea copie di se stesso, tenendo conto di tutte le probabilità, e questi duplicati esisteranno indipendentemente l'uno dall'altro. Ogni volta che un fotone viene misurato da uno scienziato in un universo, per esempio, e analizzato come un'onda, lo stesso scienziato in un altro universo lo analizzerà come una particella. Ciascuno di questi universi offre una realtà unica e indipendente che coesiste con altri universi paralleli.

Se la teoria dei molti mondi (TMT) di Everett è corretta, contiene molte implicazioni che trasformeranno completamente la nostra percezione della vita. Qualsiasi azione che ha più di un possibile risultato provoca la divisione dell'universo. Quindi, ci sono un numero infinito di universi paralleli e infinite copie di ogni persona.

Queste copie hanno gli stessi volti e corpi, ma personalità diverse (una può essere aggressiva e l'altra passiva) in quanto ognuna di esse ha esperienze individuali. Il numero infinito di realtà alternative suggerisce anche che nessuno può raggiungere risultati unici. Ogni persona - o un'altra versione di quella persona in un universo parallelo - ha fatto o farà tutto.

Inoltre, da TMM ne consegue che tutti sono immortali. La vecchiaia non cesserà di essere un killer sicuro, ma alcune realtà alternative potrebbero essere così scientificamente e tecnologicamente avanzate da aver sviluppato una medicina antietà. Se muori in un mondo, sopravviverà un'altra versione di te in un altro mondo.

La conseguenza più inquietante degli universi paralleli è che la tua percezione del mondo non è reale. La nostra "realtà" a questo punto in un universo parallelo sarà completamente diversa dall'altro mondo; è solo una minuscola finzione di verità infinita e assoluta. Potresti credere che stai leggendo questo articolo in questo momento, ma ci sono molte copie di te che non vengono lette. In effetti, sei persino l'autore di questo articolo in una realtà lontana. Quindi vincere un premio e prendere decisioni è importante se possiamo perdere quei premi e scegliere qualcos'altro? O vivere, cercando di ottenere di più, se in realtà possiamo essere morti altrove?

Alcuni scienziati, come il matematico austriaco Hans Moravec, hanno cercato di sfatare la possibilità di universi paralleli. Moravec sviluppò nel 1987 il famoso esperimento chiamato suicidio quantistico, in cui una pistola viene puntata contro una persona, collegata a un meccanismo che misura il quark. Ogni volta che si preme il grilletto, viene misurato lo spin del quark. A seconda del risultato della misurazione, l'arma spara o no.

Sulla base di questo esperimento, una pistola sparerà o meno a una persona con una probabilità del 50% per ogni scenario. Se TMM non è corretto, la probabilità di sopravvivenza umana diminuisce dopo ogni misurazione di un quark finché non raggiunge lo zero.

D'altra parte, TMM afferma che lo sperimentatore ha sempre una probabilità del 100% di sopravvivere in una sorta di universo parallelo e la persona si trova di fronte all'immortalità quantistica.

Quando si misura un quark, ci sono due possibilità: l'arma può sparare o meno. A questo punto, TMM afferma che l'universo si sta dividendo in due universi diversi per tenere conto di due possibili finali. L'arma sparerà in una realtà ma fallirà in un'altra.

Per ragioni morali, gli scienziati non possono utilizzare l'esperimento di Moravec per confutare o confermare l'esistenza di mondi paralleli, poiché i soggetti del test possono essere solo morti in quella particolare realtà e ancora vivi in ​​un altro mondo parallelo. In ogni caso, la teoria dei molti mondi e le sue sorprendenti implicazioni sfidano tutto ciò che sappiamo sull'universo.

Controversie e ipotesi sull'esistenza di pianeti gemelli a noi sconosciuti, universi paralleli e persino galassie vanno avanti da molti decenni. Tutti si basano sulla teoria della probabilità senza coinvolgere le idee della fisica moderna. Negli ultimi anni si è aggiunta l'idea dell'esistenza di un superuniverso, basata su teorie comprovate: la meccanica quantistica e la teoria della relatività.

"Polit.ru" pubblica un articolo di Max Tegmark "Parallel Universes", che avanza un'ipotesi sulla struttura del presunto superuniverso, che teoricamente comprende quattro livelli. Tuttavia, già nel prossimo decennio, gli scienziati potrebbero avere una reale opportunità di ottenere nuovi dati sulle proprietà dello spazio e, di conseguenza, confermare o confutare questa ipotesi. L'articolo è stato pubblicato sulla rivista "Nel mondo della scienza" (2003. N. 8).

L'evoluzione ci ha fornito un'intuizione sulla fisica quotidiana vitale per i nostri lontani antenati; quindi, non appena andiamo oltre il quotidiano, possiamo aspettarci stranezze.

Il modello cosmologico più semplice e popolare prevede che abbiamo un gemello in una galassia a circa 10 alla potenza di 1028 metri di distanza. La distanza è così grande che è fuori dalla portata dell'osservazione astronomica, ma questo non rende il nostro gemello meno reale. L'assunzione si basa sulla teoria della probabilità senza coinvolgere le idee della fisica moderna. Si accetta solo il presupposto che lo spazio sia infinito e pieno di materia. Potrebbero esserci molti pianeti abitabili, compresi quelli in cui vivono persone con lo stesso aspetto, gli stessi nomi e ricordi, che hanno attraversato gli stessi alti e bassi della nostra vita.

Ma non saremo mai in grado di vedere le nostre altre vite. La distanza massima che possiamo vedere è quella che la luce può percorrere nei 14 miliardi di anni dal Big Bang. La distanza tra gli oggetti visibili più distanti da noi è di circa 431026 m; determina la regione dell'Universo disponibile per l'osservazione, chiamata volume di Hubble, o volume dell'orizzonte cosmico, o semplicemente Universo. Gli universi dei nostri gemelli sono sfere della stessa dimensione centrate sui loro pianeti. Questo è l'esempio più semplice di universi paralleli, ognuno dei quali è solo una piccola parte del superuniverso.

La stessa definizione di "universo" suggerisce che rimarrà per sempre nel campo della metafisica. Tuttavia, il confine tra fisica e metafisica è determinato dalla possibilità di verifica sperimentale delle teorie, e non dall'esistenza di oggetti non osservabili. Le frontiere della fisica sono in continua espansione, includendo idee sempre più astratte (e precedentemente metafisiche), come una Terra sferica, campi elettromagnetici invisibili, dilatazione del tempo ad alta velocità, sovrapposizione di stati quantistici, curvatura dello spazio e buchi neri. Negli ultimi anni a questo elenco si è aggiunta l'idea di un superuniverso. Si basa su teorie comprovate - la meccanica quantistica e la teoria della relatività - e soddisfa entrambi i criteri principali della scienza empirica: consente previsioni e può essere confutata. Gli scienziati considerano quattro tipi di universi paralleli. La domanda principale non è se esiste un superuniverso, ma quanti livelli può avere.

Livello I

Oltre il nostro orizzonte cosmico

Gli universi paralleli delle nostre controparti costituiscono il primo livello del superuniverso. Questo è il tipo meno controverso. Tutti riconosciamo l'esistenza di cose che non possiamo vedere, ma che potremmo vedere spostandoci in un altro luogo o semplicemente aspettando, come aspettiamo l'apparizione di una nave all'orizzonte. Gli oggetti oltre il nostro orizzonte cosmico hanno uno status simile. La dimensione della regione osservabile dell'universo aumenta di un anno luce ogni anno man mano che la luce ci raggiunge da regioni sempre più distanti, dietro le quali si trova un infinito che deve ancora essere visto. Probabilmente moriremo molto prima che i nostri gemelli siano in vista, ma se l'espansione dell'universo aiuta, i nostri discendenti saranno in grado di vederli con telescopi sufficientemente potenti.

Il livello I del superuniverso sembra banalmente ovvio. Come può lo spazio non essere infinito? C'è un cartello da qualche parte che dice "Attenzione! Fine dello spazio? Se c'è una fine allo spazio, cosa c'è oltre? Tuttavia, la teoria della gravità di Einstein mise in discussione questa intuizione. Uno spazio può essere finito se ha una curvatura positiva o una topologia insolita. Un universo sferico, toroidale o "pretzel" può avere un volume finito senza confini. La radiazione cosmica di fondo a microonde consente di testare l'esistenza di tali strutture. Tuttavia, i fatti parlano ancora contro di loro. Il modello dell'universo infinito corrisponde ai dati e sono imposte rigide restrizioni a tutte le altre opzioni.

Un'altra opzione è questa: lo spazio è infinito, ma la materia è concentrata in un'area limitata intorno a noi. In una versione del modello un tempo popolare dell'"universo insulare", si presume che su larga scala la materia sia rarefatta e abbia una struttura frattale. In entrambi i casi, quasi tutti gli universi in un superuniverso di livello I devono essere vuoti e senza vita. Recenti studi sulla distribuzione tridimensionale delle galassie e della radiazione di fondo (reliquia) hanno mostrato che la distribuzione della materia tende ad essere uniforme su larga scala e non forma strutture più grandi di 1024 M. Se questa tendenza continua, allora lo spazio al di fuori del l'universo osservabile dovrebbe essere pieno di galassie, stelle e pianeti.

Per gli osservatori in universi paralleli di primo livello, si applicano le stesse leggi della fisica che valgono per noi, ma in condizioni di partenza diverse. Secondo le teorie moderne, i processi che hanno avuto luogo nelle fasi iniziali del Big Bang hanno disperso la materia in modo casuale, quindi c'era la possibilità di qualsiasi struttura.

I cosmologi accettano che il nostro Universo con una distribuzione quasi uniforme della materia e fluttuazioni di densità iniziali dell'ordine di 1/105 sia abbastanza tipico (almeno tra quelli in cui ci sono osservatori). Le stime basate su questa ipotesi mostrano che la replica più vicina si trova a una distanza di 10 alla potenza di 1028 m.A una distanza di 10 alla potenza di 1092 m dovrebbe esserci una sfera con un raggio di 100 anni luce, identica alla uno al centro del quale ci troviamo noi; in modo che tutto ciò che vedremo nel prossimo secolo sarà visto dalle nostre controparti che sono lì. Ad una distanza di circa 10 alla potenza di 10118 m da noi, dovrebbe esserci un volume di Hubble identico al nostro. Queste stime sono derivate contando il numero possibile di stati quantistici che un volume di Hubble può avere se la sua temperatura non supera i 108 K. Il numero di stati può essere stimato ponendo la domanda: quanti protoni può avere un volume di Hubble con una tale temperatura Presa? La risposta è 10118. Tuttavia, ogni protone può essere presente o assente, dando 2 alla potenza di 10118 possibili configurazioni. Una "scatola" contenente così tanti volumi di Hubble copre tutte le possibilità. Le sue dimensioni sono 10 alla potenza di 10118 M. Al di là di esso, gli universi, incluso il nostro, devono ripetersi. Approssimativamente le stesse cifre possono essere ottenute sulla base di stime termodinamiche o gravitazionali quantistiche del contenuto informativo generale dell'Universo.

Tuttavia, è probabile che il nostro gemello più vicino sia più vicino a noi di quanto queste stime diano, poiché il processo di formazione del pianeta e l'evoluzione della vita lo favoriscono. Gli astronomi ritengono che il nostro volume di Hubble contenga almeno 1020 pianeti abitabili, alcuni dei quali potrebbero essere simili alla Terra.

Nella cosmologia moderna, il concetto di un superuniverso di livello I è ampiamente utilizzato per testare una teoria. Considera come i cosmologi usano la CMB per rifiutare il modello della geometria sferica finita. I "punti" caldi e freddi sulle mappe CMB hanno una dimensione caratteristica che dipende dalla curvatura dello spazio. Quindi, la dimensione dei punti osservati è troppo piccola per essere coerente con la geometria sferica. La loro dimensione media varia in modo casuale da un volume di Hubble all'altro, quindi è possibile che il nostro Universo sia sferico, ma abbia macchie anormalmente piccole. Quando i cosmologi affermano di escludere il modello sferico con un livello di confidenza del 99,9%, intendono che se il modello è corretto, allora meno di un volume di Hubble su mille avrà punti piccoli come quelli osservati. Ne consegue che la teoria del superuniverso è verificabile e può essere respinta, anche se non possiamo vedere altri universi. La cosa principale è prevedere cos'è un insieme di universi paralleli e trovare la distribuzione di probabilità, o ciò che i matematici chiamano la misura dell'insieme. Il nostro universo deve essere uno dei più probabili. In caso contrario, se il nostro universo risulta improbabile nell'ambito della teoria del superuniverso, allora questa teoria incontrerà delle difficoltà. Come vedremo in seguito, il problema della misura può diventare piuttosto acuto.

Livello II

Altri domini post-inflazionistici

Se è stato difficile per te immaginare un superuniverso di livello I, allora prova a immaginare un numero infinito di tali superuniversi, alcuni dei quali hanno una diversa dimensione spazio-temporale e sono caratterizzati da diverse costanti fisiche. Insieme costituiscono il superuniverso di Livello II previsto dalla teoria dell'inflazione caotica perpetua.

La teoria dell'inflazione è una generalizzazione della teoria del Big Bang, che consente di eliminare i difetti di quest'ultima, ad esempio l'incapacità di spiegare perché l'universo è così grande, omogeneo e piatto. La rapida espansione dello spazio nei tempi antichi rende possibile spiegare queste e molte altre proprietà dell'Universo. Tale allungamento è previsto da un'ampia classe di teorie sulle particelle elementari e tutte le prove disponibili lo supportano. L'espressione "caotico perpetuo" in relazione all'inflazione indica ciò che sta accadendo su larga scala. In generale lo spazio è in continua espansione, ma in alcune zone l'espansione si interrompe e compaiono singoli domini, come uvette nell'impasto lievitato. Appare un numero infinito di tali domini, e ciascuno di essi funge da germe di un superuniverso di livello I, pieno di materia, nato dall'energia del campo che produce inflazione.

I domini vicini sono più dell'infinità di distanza da noi, nel senso che non possono essere raggiunti anche se ci muoviamo per sempre alla velocità della luce, poiché lo spazio tra il nostro dominio e quelli vicini si sta estendendo più velocemente di quanto tu possa muoverti in esso. I nostri discendenti non vedranno mai le loro controparti di Livello II. E se l'espansione dell'universo sta accelerando, come mostrano le osservazioni, allora non vedranno mai le loro controparti nemmeno al livello I.

Un superuniverso di livello II è molto più diversificato di un superuniverso di livello I. I domini differiscono non solo nelle loro condizioni iniziali, ma anche nelle loro proprietà fondamentali. L'opinione prevalente tra i fisici è che la dimensione dello spazio-tempo, le proprietà delle particelle elementari e molte cosiddette costanti fisiche non sono incorporate nelle leggi fisiche, ma sono il risultato di processi noti come rottura della simmetria. Si ritiene che lo spazio nel nostro universo una volta avesse nove dimensioni uguali. All'inizio della storia cosmica, tre di loro hanno preso parte all'espansione e sono diventate le tre dimensioni che caratterizzano l'Universo di oggi. I restanti sei ora non sono rilevabili, o perché sono rimasti microscopici, conservando una topologia toroidale, o perché tutta la materia è concentrata in una superficie tridimensionale (membrana, o semplicemente una brana) in uno spazio a nove dimensioni. Pertanto, la simmetria originale delle misurazioni è stata violata. Le fluttuazioni quantistiche, che causano un'inflazione caotica, potrebbero causare diverse rotture di simmetria in diverse caverne. Alcuni potrebbero diventare quadridimensionali; altri contengono solo due, non tre generazioni di quark; e altri ancora per avere una costante cosmologica più forte del nostro universo.

Un altro modo per l'emergere del superuniverso di livello II può essere rappresentato come un ciclo di nascite e distruzioni di universi. Negli anni '30 il fisico Richard C. Tolman ha suggerito questa idea, e recentemente Paul J. Steinhardt dell'Università di Princeton e Neil Turok dell'Università di Cambridge l'hanno sviluppata ulteriormente. Il modello di Steinhardt e Turok prevede una seconda brana tridimensionale perfettamente parallela alla nostra e spostata rispetto ad essa solo in una dimensione superiore. Questo universo parallelo non può essere considerato separato, poiché interagisce con il nostro. Tuttavia, l'insieme di universi - passato, presente e futuro - che queste brane formano è un superuniverso con una varietà che sembra essere vicina a quella risultante dall'inflazione caotica. Un'altra ipotesi di superuniverso è stata proposta dal fisico Lee Smolin del Perimeter Institute di Waterloo (Ontario, Canada). Il suo superuniverso è vicino al livello II nella diversità, ma muta e genera nuovi universi attraverso buchi neri, non brane.

Sebbene non possiamo interagire con universi paralleli di livello II, i cosmologi giudicano la loro esistenza con prove indirette, poiché possono essere la causa di strane coincidenze nel nostro universo. Ad esempio, in un hotel ti viene assegnata la camera 1967 e noti che sei nato nel 1967. "Che coincidenza", dici. Tuttavia, riflettendoci, giungiamo alla conclusione che ciò non è così sorprendente. Ci sono centinaia di stanze nell'hotel e non ti verrebbe in mente di pensare a niente se ti venisse offerta una stanza che non significa niente per te. Se non sapessi nulla di hotel, potresti presumere che ci siano altre stanze nell'hotel per spiegare questa coincidenza.

Come esempio più ravvicinato, considera la massa del Sole. Come sai, la luminosità di una stella è determinata dalla sua massa. Utilizzando le leggi della fisica, possiamo calcolare che la vita sulla Terra può esistere solo se la massa del Sole è compresa nell'intervallo: da 1,6x1030 a 2,4x1030 kg. Altrimenti, il clima della Terra sarebbe più freddo di Marte o più caldo di Venere. Le misurazioni della massa del Sole hanno dato un valore di 2,0x1030 kg. A prima vista, la caduta della massa del Sole nell'intervallo di valori che assicura la vita sulla Terra è accidentale.

Le masse delle stelle occupano la gamma da 1029 a 1032 kg; se il Sole acquisisse la sua massa per caso, allora la possibilità di cadere nell'intervallo ottimale per la nostra biosfera sarebbe estremamente ridotta.

L'apparente coincidenza può essere spiegata ipotizzando l'esistenza di un insieme (in questo caso molti sistemi planetari) e di un fattore di selezione (il nostro pianeta deve essere abitabile). Tali criteri di selezione relativi all'osservatore sono chiamati antropici; e sebbene la loro menzione di solito provochi controversie, tuttavia la maggior parte dei fisici concorda sul fatto che questi criteri non dovrebbero essere trascurati nella selezione delle teorie fondamentali.

E cosa hanno a che fare tutti questi esempi con gli universi paralleli? Si scopre che un leggero cambiamento nelle costanti fisiche determinato dalla rottura della simmetria porta a un universo qualitativamente diverso, uno in cui non potremmo esistere. Se la massa del protone fosse maggiore solo dello 0,2%, i protoni decadrebbero formando neutroni, rendendo gli atomi instabili. Se le forze dell'interazione elettromagnetica fossero più deboli del 4%, non ci sarebbero idrogeno e stelle ordinarie. Se la forza debole fosse ancora più debole, non ci sarebbe idrogeno; e se fosse più forte, le supernove non potrebbero riempire lo spazio interstellare con elementi pesanti. Se la costante cosmologica fosse notevolmente più grande, l'universo si sarebbe gonfiato incredibilmente prima ancora che le galassie potessero formarsi.

Gli esempi forniti ci consentono di prevedere l'esistenza di universi paralleli con altri valori di costanti fisiche. La teoria del superuniverso di secondo livello prevede che i fisici non saranno mai in grado di dedurre i valori di queste costanti dai principi fondamentali, ma potranno solo calcolare la distribuzione di probabilità di vari insiemi di costanti nella totalità di tutti gli universi. In questo caso, il risultato deve essere coerente con la nostra esistenza in uno di essi.

Livello III

Insieme quantico di universi

I superuniversi dei livelli I e II contengono universi paralleli, estremamente lontani da noi oltre i limiti dell'astronomia. Tuttavia, il livello successivo del superuniverso si trova proprio intorno a noi. Nasce da una famosa e molto controversa interpretazione della meccanica quantistica - l'idea che processi quantistici casuali inducano l'universo a "moltiplicarsi", formando molte copie di se stesso - una per ogni possibile esito del processo.

All'inizio del ventesimo secolo. la meccanica quantistica spiegava la natura del mondo atomico, che non obbediva alle leggi della meccanica newtoniana classica. Nonostante gli evidenti successi, ci fu un acceso dibattito tra i fisici su quale fosse il vero significato della nuova teoria. Determina lo stato dell'Universo non in concetti della meccanica classica come le posizioni e le velocità di tutte le particelle, ma attraverso un oggetto matematico chiamato funzione d'onda. Secondo l'equazione di Schrödinger, questo stato cambia nel tempo in un modo che i matematici definiscono con il termine "unitario". Significa che la funzione d'onda ruota in uno spazio infinito astratto chiamato spazio di Hilbert. Sebbene la meccanica quantistica sia spesso definita come fondamentalmente casuale e indeterminata, la funzione d'onda evolve in modo abbastanza deterministico. Non c'è nulla di casuale o incerto in lei.

La parte più difficile è mettere in relazione la funzione d'onda con ciò che osserviamo. Molte funzioni d'onda valide corrispondono a situazioni innaturali come quella in cui il gatto è vivo e morto nella cosiddetta sovrapposizione. Negli anni '20. 20 ° secolo i fisici aggirano questa stranezza postulando che la funzione d'onda collassi a qualche particolare risultato classico quando si fa un'osservazione. Questa aggiunta ha permesso di spiegare i risultati delle osservazioni, ma ha trasformato un'elegante teoria unitaria in una sciatta e non unitaria. La casualità fondamentale, solitamente attribuita alla meccanica quantistica, è una conseguenza proprio di questo postulato.

Nel corso del tempo, i fisici hanno abbandonato questa visione a favore di un'altra, proposta nel 1957 dal laureato alla Princeton University Hugh Everett III. Ha mostrato che è possibile fare a meno del postulato del collasso. La pura teoria quantistica non impone alcuna restrizione. Sebbene preveda che una realtà classica si dividerà gradualmente in una sovrapposizione di diverse realtà simili, l'osservatore percepisce soggettivamente questa scissione solo come una leggera casualità con una distribuzione di probabilità esattamente uguale a quella data dal vecchio postulato del collasso. Questa sovrapposizione degli universi classici è il superuniverso di livello III.

Per più di quarant'anni, questa interpretazione ha confuso gli scienziati. Tuttavia, la teoria fisica è più facile da capire confrontando due punti di vista: esterno, dalla posizione di un fisico che studia equazioni matematiche (come un uccello che osserva un paesaggio dall'alto del suo volo); e interno, dalla posizione di un osservatore (chiamiamolo rana) che vive in un paesaggio dominato da un uccello.

Dal punto di vista di un uccello, il superuniverso di livello III è semplice. C'è solo una funzione d'onda che evolve dolcemente nel tempo senza scissioni e parallelismi. Il mondo quantistico astratto, descritto da una funzione d'onda in evoluzione, contiene un numero enorme di linee che si dividono e si fondono continuamente di storie classiche parallele, nonché un numero di fenomeni quantistici che non possono essere descritti all'interno della struttura dei concetti classici. Ma dal punto di vista di una rana si può vedere solo una piccola parte di questa realtà. Può vedere l'universo di livello I, ma un processo di decoerenza simile al collasso della funzione d'onda, ma con l'unitarietà preservata, le impedisce di vedere copie parallele di se stessa al livello III.

Quando a un osservatore viene posta una domanda a cui deve rispondere rapidamente, un effetto quantistico nel suo cervello si traduce in una sovrapposizione di decisioni come "continua a leggere l'articolo" e "smetti di leggere l'articolo". Dal punto di vista dell'uccello, l'atto di prendere una decisione fa sì che una persona si moltiplichi in copie, alcune delle quali continuano a leggere, mentre altre smettono di leggere. Tuttavia, da un punto di vista interno, nessuno dei doppi è consapevole dell'esistenza dell'altro e percepisce la scissione semplicemente come una leggera incertezza, una possibilità di continuare o interrompere la lettura.

Per quanto strano possa sembrare, la stessa identica situazione si verifica anche nel superuniverso di Livello I. Ovviamente, hai deciso di continuare a leggere, ma una delle tue controparti in una galassia lontana ha posato la rivista dopo il primo paragrafo. I livelli I e III differiscono solo per dove si trovano le tue controparti. Al livello I vivono da qualche parte lontano, nel buon vecchio spazio tridimensionale, e al livello III vivono su un altro ramo quantico dello spazio di Hilbert a dimensione infinita.

L'esistenza del livello III è possibile solo a condizione che l'evoluzione della funzione d'onda nel tempo sia unitaria. Finora, gli esperimenti non hanno rivelato le sue deviazioni dall'unitarietà. Negli ultimi decenni è stato confermato per tutti i sistemi più grandi, compreso il fullerene C60 e le fibre ottiche lunghe un chilometro. Teoricamente, la proposizione sull'unitarietà è stata rafforzata dalla scoperta della violazione della coerenza. Alcuni teorici che lavorano nel campo della gravità quantistica lo mettono in discussione. In particolare, si presume che l'evaporazione dei buchi neri possa distruggere le informazioni, e questo non è un processo unitario. Tuttavia, i recenti progressi nella teoria delle stringhe suggeriscono che anche la gravità quantistica è unitaria.

Se è così, i buchi neri non distruggono le informazioni, ma semplicemente le trasmettono da qualche parte. Se la fisica è unitaria, il quadro standard dell'impatto delle fluttuazioni quantistiche nelle fasi iniziali del Big Bang deve essere cambiato. Queste fluttuazioni non determinano casualmente la sovrapposizione di tutte le possibili condizioni iniziali che coesistono simultaneamente. In questo caso, la violazione della coerenza fa sì che le condizioni iniziali si comportino in modo classico su diversi rami quantistici. Il punto chiave è che la distribuzione dei risultati in diversi rami quantistici di un volume Hubble (Livello III) è identica alla distribuzione dei risultati in diversi volumi Hubble di un ramo quantistico (Livello I). Questa proprietà delle fluttuazioni quantistiche è nota in meccanica statistica come ergodicità.

Lo stesso ragionamento vale per il livello II. Il processo di rottura della simmetria non porta a un singolo risultato, ma a una sovrapposizione di tutti i risultati che divergono rapidamente nei loro percorsi separati. Quindi, se le costanti fisiche, la dimensione dello spazio-tempo, ecc. possono differire nei rami quantistici paralleli al livello III, differiranno anche negli universi paralleli al livello II.

In altre parole, il superuniverso di livello III non aggiunge nulla di nuovo a ciò che è disponibile ai livelli I e II, solo più copie degli stessi universi - le stesse linee storiche si sviluppano più e più volte su diversi rami quantistici. L'accesa controversia che circonda la teoria di Everett sembra presto placarsi come risultato della scoperta di superuniversi di Livello I e II ugualmente grandiosi ma meno controversi.

Le applicazioni di queste idee sono profonde. Ad esempio, una domanda del genere: c'è un aumento esponenziale del numero di universi nel tempo? La risposta è inaspettata: no. Dal punto di vista dell'uccello, esiste un solo universo quantistico. E qual è il numero di universi separati al momento per la rana? Questo è il numero di volumi Hubble marcatamente differenti. Le differenze possono essere minime: immagina i pianeti che si muovono in direzioni diverse, immagina di essere sposato con qualcun altro e così via. A livello quantico, ci sono 10 alla potenza di 10118 universi con temperature non superiori a 108 K. Il numero è gigantesco, ma finito.

Per una rana, l'evoluzione della funzione d'onda corrisponde a un movimento infinito da uno di questi 10 stati alla potenza di 10118 a un altro. Ora sei nell'universo A, dove stai leggendo questa frase. E ora sei già nell'universo B, dove stai leggendo la seguente frase. In altre parole, c'è un osservatore in B che è identico all'osservatore nell'universo A, con l'unica differenza che ha ricordi extra. In ogni momento ci sono tutti gli stati possibili, in modo che il passare del tempo possa avvenire davanti agli occhi dell'osservatore. Questa idea è stata espressa nel suo romanzo di fantascienza Permutation City (1994) dallo scrittore Greg Egan (Greg Egan) e sviluppato dal fisico David Deutsch (David Deutsch) dell'Università di Oxford, dal fisico indipendente Julian Barbour (Julian Barbour) e altri. vedere che l'idea di un superuniverso può svolgere un ruolo chiave nella comprensione della natura del tempo.

Livello IV

Altre strutture matematiche S

Le condizioni iniziali e le costanti fisiche nei livelli di superuniverso I, II e III possono differire, ma le leggi fondamentali della fisica sono le stesse. Perché ci siamo fermati qui? Perché le stesse leggi fisiche non possono differire? Che ne dici di un universo che obbedisce alle leggi classiche senza effetti relativistici? Che ne dici del tempo che si muove in passi discreti, come in un computer?

E l'universo come un dodecaedro vuoto? Nel superuniverso di livello IV esistono tutte queste alternative.

Che un tale superuniverso non sia assurdo è evidenziato dalla corrispondenza del mondo del ragionamento astratto al nostro mondo reale. Equazioni e altri concetti e strutture matematiche - numeri, vettori, oggetti geometrici - descrivono la realtà con sorprendente plausibilità. Al contrario, percepiamo le strutture matematiche come reali. Sì, soddisfano il criterio fondamentale della realtà: sono uguali per chiunque le studi. Il teorema sarà vero indipendentemente da chi lo ha dimostrato: una persona, un computer o un delfino intelligente. Altre civiltà curiose troveranno le stesse strutture matematiche che conosciamo. Pertanto, i matematici dicono che non creano, ma scoprono oggetti matematici.

Esistono due paradigmi logici, ma diametralmente opposti, di correlazione tra matematica e fisica, sorti in tempi antichi. Secondo il paradigma di Aristotele, la realtà fisica è primaria e il linguaggio matematico è solo un'approssimazione conveniente. Nell'ambito del paradigma di Platone, sono le strutture matematiche che sono veramente reali e gli osservatori le percepiscono in modo imperfetto. In altre parole, questi paradigmi differiscono nella loro comprensione di ciò che è primario: il punto di vista dell'osservatore della rana (paradigma di Aristotele) o il punto di vista dell'uccello dall'alto delle leggi della fisica (il punto di vista di Platone).

Il paradigma di Aristotele è il modo in cui percepivamo il mondo fin dalla prima infanzia, molto prima che sentissimo parlare per la prima volta della matematica. Il punto di vista di Platone è conoscenza acquisita. I fisici teorici moderni si inclinano verso di esso, suggerendo che la matematica descrive bene l'universo proprio perché l'universo è di natura matematica. Quindi tutta la fisica si riduce alla risoluzione di un problema matematico e un matematico infinitamente intelligente può calcolare l'immagine del mondo solo sulla base di leggi fondamentali a livello di una rana, ad es. capire quali osservatori esistono nell'universo, cosa percepiscono e quali linguaggi hanno inventato per trasmettere la loro percezione.

La struttura matematica è un'astrazione, un'entità immutabile al di fuori del tempo e dello spazio. Se la storia fosse un film, allora la struttura matematica corrisponderebbe non a un fotogramma, ma al film nel suo insieme. Prendiamo ad esempio un mondo costituito da particelle di dimensione zero distribuite nello spazio tridimensionale. Dal punto di vista dell'uccello, nello spazio-tempo quadridimensionale, le traiettorie delle particelle sono spaghetti. Se la rana vede particelle che si muovono a velocità costante, allora l'uccello vede un mucchio di spaghetti dritti e crudi. Se una rana vede due particelle in orbita, allora un uccello vede due "spaghetti" attorcigliati in una doppia elica. Per una rana, il mondo è descritto dalle leggi del moto e della gravitazione di Newton, per un uccello - dalla geometria degli "spaghetti", i. struttura matematica. La rana stessa per lei è una palla spessa, il cui complesso intreccio corrisponde a un gruppo di particelle che immagazzinano ed elaborano informazioni. Il nostro mondo è più complicato di questo esempio e gli scienziati non sanno a quale delle strutture matematiche corrisponde.

Il paradigma di Platone contiene la domanda: perché il nostro mondo è così com'è? Per Aristotele, questa è una domanda senza senso: il mondo esiste, e così è! Ma i seguaci di Platone sono interessati: il nostro mondo potrebbe essere diverso? Se l'universo è essenzialmente matematico, allora perché si basa solo su una delle tante strutture matematiche? Sembra esserci un'asimmetria fondamentale al centro stesso della natura.Per risolvere l'enigma, ho suggerito che la simmetria matematica esiste: che tutte le strutture matematiche sono realizzate fisicamente e ciascuna di esse corrisponde a un universo parallelo. Gli elementi di questo superuniverso non sono nello stesso spazio, ma esistono al di fuori del tempo e dello spazio. La maggior parte di loro probabilmente non ha osservatori. L'ipotesi può essere vista come estremo platonismo, affermando che le strutture matematiche del mondo platonico delle idee, o "paesaggio mentale" del matematico della San Jose University Rudy Rucker, esistono in senso fisico. Questo è simile a ciò che il cosmologo John D. Barrow dell'Università di Cambridge chiamava "p nel cielo", il filosofo Robert Nozick dell'Università di Harvard ha descritto come il "principio di fertilità", e il filosofo David K. Lewis ) dell'Università di Princeton chiamato " realtà modale”. Il livello IV chiude la gerarchia dei superuniversi, poiché qualsiasi teoria fisica autoconsistente può essere espressa sotto forma di qualche struttura matematica.

L'ipotesi del superuniverso di livello IV consente diverse previsioni verificabili. Come al livello II, include l'insieme (in questo caso, la totalità di tutte le strutture matematiche) e gli effetti di selezione. Nel classificare le strutture matematiche, gli scienziati dovrebbero notare che la struttura che descrive il nostro mondo è la struttura più generale coerente con l'osservazione. Pertanto, i risultati delle nostre osservazioni future dovrebbero diventare i più generali di quelli che sono coerenti con i dati degli studi precedenti e i dati degli studi precedenti - i più generali di quelli che sono generalmente compatibili con la nostra esistenza.

Valutare il grado di generalità non è un compito facile. Una delle caratteristiche sorprendenti e incoraggianti delle strutture matematiche è che le proprietà di simmetria e invarianza che mantengono il nostro universo semplice e ordinato tendono ad essere comuni. Le strutture matematiche di solito hanno queste proprietà per impostazione predefinita e eliminarle richiede l'introduzione di assiomi complessi.

Cosa ha detto Occam?

Pertanto, le teorie degli universi paralleli hanno una gerarchia a quattro livelli, dove ad ogni livello successivo gli universi ricordano sempre meno il nostro. Possono essere caratterizzati da diverse condizioni iniziali (livello I), costanti fisiche e particelle (livello II) o leggi fisiche (livello IV). È buffo che il livello III sia stato il più criticato negli ultimi decenni in quanto l'unico che non introduce tipi di universi qualitativamente nuovi. Nel prossimo decennio, misurazioni dettagliate della CMB e della distribuzione su larga scala della materia nell'universo ci permetteranno di determinare con maggiore precisione la curvatura e la topologia dello spazio e confermare o smentire l'esistenza del livello I. Gli stessi dati ci permetteranno ottenere informazioni sul livello II testando la teoria dell'inflazione caotica perpetua. I progressi nell'astrofisica e nella fisica delle particelle ad alta energia contribuiranno a perfezionare il grado di messa a punto delle costanti fisiche, rafforzando o indebolendo le posizioni di Livello II. Se gli sforzi per creare un computer quantistico avranno successo, ci sarà un ulteriore argomento a favore dell'esistenza del livello III, poiché il parallelismo di questo livello sarà utilizzato per il calcolo parallelo. Gli sperimentatori sono anche alla ricerca di prove di violazione dell'unitarietà, che consentano di respingere l'ipotesi dell'esistenza del livello III. Infine, il successo o il fallimento del tentativo di risolvere il problema principale della fisica moderna - combinare la relatività generale con la teoria quantistica dei campi - darà una risposta alla domanda sul livello IV. O si troverà una struttura matematica che descriva accuratamente il nostro universo, o raggiungeremo il limite dell'incredibile efficienza della matematica e saremo costretti ad abbandonare l'ipotesi del Livello IV.

Quindi, è possibile credere in universi paralleli? I principali argomenti contro la loro esistenza si riducono al fatto che è troppo dispendioso e incomprensibile. Il primo argomento è che le teorie dei superuniversi sono vulnerabili al Rasoio di Occam perché postulano l'esistenza di altri universi che non vedremo mai. Perché la natura dovrebbe essere così dispendiosa e "divertirsi" creando un numero infinito di mondi diversi? Tuttavia, questo argomento può essere ribaltato a favore dell'esistenza di un superuniverso. Cos'è esattamente la natura dispendiosa? Non certo nello spazio, nella massa o nel numero di atomi: ce ne sono già un numero infinito al livello I, la cui esistenza è fuor di dubbio, quindi non ha senso preoccuparsi che la natura ne spenda altri. Il vero problema è l'apparente riduzione della semplicità. Gli scettici sono preoccupati per le informazioni extra necessarie per descrivere i mondi invisibili.

Tuttavia, l'intero ensemble è spesso più semplice di ciascuno dei suoi membri. Il volume di informazioni di un algoritmo numerico è, grosso modo, la lunghezza, espressa in bit, del più breve programma per computer che genera questo numero. Prendiamo come esempio l'insieme di tutti i numeri interi. Qual è più semplice: l'intero set o un singolo numero? A prima vista - il secondo. Tuttavia, il primo può essere costruito con un programma molto semplice e un singolo numero può essere estremamente lungo. Pertanto, l'intero set risulta essere più semplice.

Allo stesso modo, l'insieme di tutte le soluzioni delle equazioni di Einstein per un campo è più semplice di qualsiasi soluzione particolare: la prima consiste solo di poche equazioni e la seconda richiede che un'enorme quantità di dati iniziali sia specificata su qualche ipersuperficie. Pertanto, la complessità aumenta quando ci concentriamo su un singolo elemento dell'insieme, perdendo la simmetria e la semplicità insita nella totalità di tutti gli elementi.

In questo senso, i superuniversi di livello superiore sono più semplici. La transizione dal nostro Universo a un superuniverso di Livello I elimina la necessità di stabilire le condizioni iniziali. Un'ulteriore transizione al livello II elimina la necessità di specificare le costanti fisiche e, al livello IV, non è necessario specificare nulla. L'eccessiva complessità è solo una percezione soggettiva, il punto di vista della rana. E dal punto di vista di un uccello, questo superuniverso non potrebbe essere più semplice. I reclami sull'incomprensibilità sono di natura estetica, non scientifica, e sono giustificati solo nella visione del mondo aristotelica. Quando ci poniamo una domanda sulla natura della realtà, non dovremmo aspettarci una risposta che può sembrare strana?

Una caratteristica comune a tutti e quattro i livelli del superuniverso è che la teoria più semplice e forse più elegante include di default universi paralleli. Per rifiutare la loro esistenza, è necessario complicare la teoria aggiungendo processi che non sono confermati da esperimenti e postulati inventati per questo - sulla finitezza dello spazio, il collasso della funzione d'onda e l'asimmetria ontologica. La nostra scelta si riduce a ciò che è più dispendioso e poco elegante: molte parole o molti universi. Forse col tempo ci abitueremo alle stranezze del nostro cosmo e troveremo affascinante la sua stranezza.

Mondi di universi paralleli

Sempre più spesso, nelle opere teoriche dei cosmologi, il nostro Universo, come negli specchi, si riflette in un innumerevole sciame della sua stessa specie. Gli universi paralleli si moltiplicano all'infinito. I mondi dei nostri gemelli, che in altre esistenze soccombono a tutte quelle tentazioni che abbiamo rifiutato - e viceversa. Universi diversi dai nostri in tutto: con leggi di natura e costanti fisiche completamente diverse, con il tempo che scorre in una direzione diversa, con particelle che corrono a velocità ultraluminose.

“L'idea di universi paralleli sembrava molto sospetta agli scienziati: un tale rifugio per esoteristi, sognatori e ciarlatani. Qualsiasi fisico che ha deciso di parlare di universi paralleli si è subito trasformato in oggetto di ridicolo agli occhi dei suoi colleghi e ha rischiato la carriera, perché anche adesso non c'è la minima conferma sperimentale della loro correttezza.

Ma nel tempo, l'atteggiamento nei confronti di questo problema è cambiato radicalmente e le menti migliori cercano costantemente di risolverlo", afferma il professore della New York University Michio Kaku, autore di Parallel Universes.

La raccolta degli Universi ha già ricevuto il suo nome: il Multiverso, il Multiverso. I libri scientifici seri le sono sempre più dedicati. L'autore di uno di essi, The Universe Next Door, l'astrofisico britannico Marcus Chaun ha scritto: “Il nostro Universo non è un singolo Universo, ma solo uno in una serie infinita di altri, che ribolle nel fiume del tempo come bolle di schiuma. Là, oltre i confini più remoti dell'universo, visibili attraverso un telescopio, ci sono Universi, pronti a corrispondere a tutte le formule matematiche immaginabili.

Max Tegmark, autore della ricerca “Parallel Universes”, ha dichiarato: “La natura ci dice in vari modi che il nostro Universo è solo uno tra molti altri Universi... In questo momento, non siamo ancora in grado di vedere come queste parti aggiungere fino a un'immagine gigante ... Naturalmente, molte persone comuni trovano questa nozione folle, e anche molti scienziati. Ma questa è una reazione emotiva. Alla gente semplicemente non piace tutta questa spazzatura di universi senza vita.

Anche i fisici più autorevoli del nostro tempo non si tengono in disparte da questa illusione. Pertanto, il professore dell'Università di Cambridge Martin Rees, astronomo reale della Gran Bretagna, è sicuro: “Quello che chiamavamo “Universum” può in realtà essere solo un singolo anello dell'intero insieme. È del tutto possibile che esistano innumerevoli altri universi, in cui le leggi della natura sembrano molto diverse. L'universo in cui abbiamo avuto origine fa parte di un insolito sottoinsieme in cui è consentita l'origine della coscienza.

Idee di questo tipo si adattano alle idee moderne di fisici e astronomi. Quindi, il nostro Universo è nato 13,7 miliardi di anni fa a seguito del Big Bang. Nulla dice che sia stato un evento unico, unico. Tali esplosioni potrebbero verificarsi innumerevoli volte, dando inevitabilmente origine a un altro universo alieno. Loro, come pezzi di un puzzle, compongono un'immagine del "Mondo in tutto" - il Multiverso.

Un'idea del genere è irta di strane conclusioni. “Siamo ossessionati dalla stessa immagine ossessiva”, ironicamente il fisico americano Frank Wilczek, “vediamo un numero infinito delle nostre copie, che quasi non differiscono l'una dall'altra e che conducono la propria vita parallela. E ad ogni momento compaiono sempre più dei nostri gemelli, che vivono nelle versioni più diverse del nostro futuro.

In generale, questo tipo di immagine risale all'idea del fisico americano Hugh Everett, delineata più di mezzo secolo fa, nel 1957. Ha interpretato la teoria quantistica come segue: ha suggerito che ogni volta che dobbiamo fare una scelta tra diversi stati possibili, il nostro Universo si divide in diversi universi paralleli, molto simili tra loro. Quindi, c'è un universo in cui incontrerò Elena stasera. C'è un universo in cui l'incontro non avrà luogo. E d'ora in poi, ognuno di loro si svilupperà a modo suo. Quindi la mia vita privata è davvero solo un caso particolare di tanti destini che io e tutti i miei doppi dobbiamo vivere summa summarum.

Allo stesso tempo, l'idea di Everett è anche un modo geniale per risolvere gli inevitabili paradossi che sorgono quando si parla di "macchina del tempo". E se il suo inventore, andato nel passato, improvvisamente cadesse in una selvaggia malinconia e decidesse di mettere le mani su se stesso? Morirà nella sua lontana giovinezza; non inventerà una macchina che vola attraverso la distanza del tempo; non tornerà alla sua giovinezza; non si ucciderà; vivrà a lungo, essendo impegnato nella creatività tecnica; inventerà una macchina del tempo; tornerà indietro nel tempo, si ucciderà; morirà nella sua lontana giovinezza... Scivoli lungo questa catena logica, come su un nastro di Mobius, senza capire dove ti sei spostato dalla parte anteriore a quella posteriore.

1991 - Il nodo di questo paradosso è stato tagliato da David Deutsch dell'Università di Oxford. Puoi davvero viaggiare nel passato - e anche con una pistola in mano - ma ogni volta che andiamo nel passato, ci ritroviamo non nel nostro Universo, dove nessun ospite del futuro è stato ancora visto o sentito, ma in un Universo alternativo, che nasce non appena la macchina del tempo atterra. Nel nostro mondo, la struttura delle relazioni causa-effetto è incrollabile.

“L'oggetto viaggia da un certo tempo, attuale in un certo mondo, ed entra in un altro tempo e in un altro mondo. Ma nessun oggetto può essere trasportato nell'era passata dello stesso mondo ”, è così che si può formulare questa esperienza, che si è trasformata in un viaggio in uno spazio parallelo. L'aforisma di Maurice Maeterlinck "Se Giuda parte oggi, questo percorso lo condurrà a Giuda" non ha resistito alla prova delle visioni cosmologiche. Una persona che viaggia nel passato per incontrare se stessa trova solo il suo doppio nel passato di qualcun altro.

Strano? "L'interpretazione di Everett è l'inevitabile conclusione che si deve trarre se si considera la teoria quantistica come una dottrina universale, applicabile sempre e ovunque", molti fisici saranno d'accordo con questo ragionamento. E altri sono già impegnati nella mappatura dell'universo, capace di accogliere non uno, ma un numero infinito di universi.

Noi, persone uniche e inimitabili, ci stiamo moltiplicando come copie di film su DVD smistate in diversi appartamenti. E se in quel momento il disco n. 3234 sta raccogliendo polvere nella scatola, qualcuno inserisce semplicemente il disco n. 3235 nel lettore e qualcuno estrae il disco n. 3236 per metterlo esattamente nella stessa scatola, e il disco n. .. In generale, con tutto ciò che può accadere accade loro.

È possibile visitare un universo parallelo?

Quando gli scienziati parlano di universi paralleli, molto spesso parlano di vari argomenti: di regioni lontane dell'universo, tra le quali si trovano abissi "superluminali" - inflazionistici -, di una serie di mondi che ancora germogliano dal nostro Universo, dei bordi di l'universo N-dimensionale, uno dei quali forma il cosmo a noi familiare.

Secondo alcuni scenari, la densità energetica del vuoto può a volte cambiare spontaneamente in modo tale da portare alla nascita di un "Universo figlia". Tali Universi si disperdono nel Multiverso come bolle di sapone soffiate da un bambino. Secondo altri scenari, nuovi universi nascono nelle profondità dei buchi neri.

I critici considerano speculativa l'ipotesi stessa del Multiverso. Non può davvero essere motivato o provato. Altri universi non sono visibili; non possiamo vederli con i nostri occhi, così come non possiamo vedere ieri o domani. Quindi è possibile, basandosi su leggi fisiche o fatti a noi noti, descrivere ciò che si trova oltre l'orizzonte dell'universo? Sarebbe presuntuoso dire che "non c'è luna finché nessuno la vede" - che non ci sono altri mondi, poiché non possono essere visti. Vale la pena rifiutare questa "fantasia speculativa" se ogni tentativo di descrivere ciò che si trova al di fuori del nostro mondo è fantastico a modo suo?

Abbiamo a che fare solo con un fondamento teorico sul quale non si può costruire nulla di valore pratico. Per quanto riguarda la stravaganza, la teoria quantistica, secondo l'opinione di un osservatore esterno, non è meno fantastica del parlare di una moltitudine infinita di universi.

A poco a poco, il principio è stato stabilito in fisica: "Tutto ciò che non è proibito si avvererà inevitabilmente". In questo caso, il diritto della mossa successiva viene trasferito agli avversari. Sta a loro dimostrare l'impossibilità di questa o quella ipotesi, e sta agli appassionati proporle. Quindi la parte dei critici è convincere che nessuno dei tanti universi ha il diritto di esistere su qualsiasi parsec di n-dimensionalità. E se potessero gestire la prova, sarebbe piuttosto strano. "Se ci fosse un solo dei nostri universi", scrive il cosmologo britannico Dennis William Skyama, "sarebbe difficile spiegare perché non c'è posto per molti altri universi, mentre questo è ancora disponibile".

Con il regno dell'idea di "universi multipli", la rivoluzione copernicana, iniziata 5 secoli fa, sta arrivando alla sua logica conclusione. "All'inizio, la gente credeva che la Terra fosse al centro dell'universo", scrive Alexander Vilenkin. - Poi è diventato chiaro che la Terra occupa approssimativamente lo stesso posto degli altri pianeti. È stato difficile venire a patti con il fatto che non siamo unici”.

Prima la Terra è stata espulsa dal centro dell'universo, poi la nostra Galassia si è rivelata una delle piccole isole nello spazio, e ora il cosmo si è moltiplicato come un granello di sabbia in una serie infinita di specchi. Gli orizzonti dell'universo si sono espansi - in tutte le direzioni, in tutte le dimensioni! L'infinito è diventato una realtà naturale in fisica, una proprietà immutabile del mondo.

Quindi, da qualche parte in lontananza, si nascondono altri universi. È possibile raggiungerli? Forse, nella fantascienza, è giunto il momento di cambiare le "macchine del tempo" che sono già riuscite a volare intorno ai mondi del passato e del futuro in "macchine spaziali" che si precipiteranno attraverso i nostri mondi stellari nella distanza sconosciuta di geometria trascendente. Cosa ne pensano gli scienziati di questo?

2005 - L'American Institute of Aeronautics and Astronautics premia il fisico austriaco Walter Drescher e il suo collega tedesco Joachim Heuser nella categoria Future Flight. Se le idee che hanno proposto sono corrette, allora la Luna può essere raggiunta in pochi minuti, Marte in due ore e mezza e 80 giorni sono sufficienti non solo per fare il giro della Terra, ma anche per essere trasportati su una stella che giace dieci anni luce da noi. Tali proposte semplicemente non possono che apparire, altrimenti l'astronautica si fermerà. Non c'è altra scelta: o un giorno voleremo verso le stelle, oppure i viaggi nello spazio sono assolutamente privi di significato, come cercare di circumnavigare il globo saltando su una gamba sola.

Qual è la base dell'idea di Drescher e Heuser? Mezzo secolo fa, lo scienziato tedesco Burkhard Heim ha cercato di conciliare le due teorie più importanti della fisica moderna: la meccanica quantistica e la relatività generale.

Un tempo Einstein dimostrò che lo spazio in prossimità di pianeti o stelle è fortemente curvo e il tempo scorre più lentamente che lontano da essi. Questo è difficile da verificare, ma facile da spiegare con una metafora. Lo spazio può essere paragonato a un foglio di gomma ben teso e i corpi celesti sono una dispersione di sfere di metallo che gli girano monotonamente sopra. Più massiccia è la palla, più profonda è la depressione sotto di essa. La gravità, diceva Einstein, è la geometria spaziale, l'apparente distorsione dello spazio-tempo.

Heim portò la sua idea alla sua logica conclusione suggerendo che anche altre interazioni fondamentali sono generate dalle caratteristiche dello spazio in cui viviamo - e viviamo, secondo Heim, in uno spazio a sei dimensioni (compreso il tempo).

I suoi seguaci, Drescher e Heuser, portarono a otto il numero delle dimensioni del nostro universo e descrissero addirittura come sia possibile penetrare oltre i limiti delle dimensioni a cui siamo abituati (ecco, “volo del futuro”!).

Il loro modello della "macchina spaziale" è il seguente: un anello rotante e un potente campo magnetico di una certa configurazione. All'aumentare della velocità di rotazione dell'anello, l'astronave situata qui sembra dissolversi nell'aria, diventa invisibile (chi ha visto il film "Contact" tratto dal romanzo di Carl Sagan ricorda bene la scena in cui la nave sferica, girando all'impazzata sul posto, scomparso dietro il velo di nebbia - è stato trasferito nel "tunnel del wormhole").

Così anche l'astronave di Drescher e Heuser è scivolata in un'altra dimensione, dove, secondo l'ipotesi degli scienziati, le costanti fisiche, compresa la velocità della luce, possono assumere un valore completamente diverso, ad esempio molto di più. Correndo attraverso una dimensione aliena - lungo un "universo parallelo" - con velocità superluminale (a nostro avviso), la nave è apparsa all'istante sul bersaglio, che fosse la Luna, Marte o una stella.

Gli autori dell'opera scrivono onestamente che "questo progetto contiene difetti" e "matematicamente imperfetto", in particolare, non è del tutto chiaro come la nave penetri nell'universo parallelo e ancor di più ne esca. La tecnologia moderna non è in grado di farlo. E in generale, la teoria proposta, si dice nel commento della rivista New Scientist, è difficile da collegare alla fisica moderna, ma potrebbe essere una direzione piuttosto promettente.

E se le nostre persone che la pensano allo stesso modo in uno dei mondi paralleli la pensassero allo stesso modo e magari cercassero persino di penetrarci?

Quante volte pensi a come sarebbe il nostro mondo oggi se il risultato di alcuni eventi storici chiave fosse diverso? Come sarebbe il nostro pianeta se i dinosauri, ad esempio, non si fossero estinti? Ogni nostra azione, decisione diventa automaticamente parte del passato. In effetti, non c'è presente: tutto ciò che facciamo in questo momento non può essere cambiato, è registrato nella memoria dell'Universo. Tuttavia, esiste una teoria secondo la quale esistono molti universi in cui viviamo una vita completamente diversa: ciascuna delle nostre azioni è associata a una determinata scelta e, facendo questa scelta nel nostro Universo, in una parallela, l'"altro me" prende la decisione opposta. Quanto è giustificata una tale teoria da un punto di vista scientifico? Perché gli scienziati vi hanno fatto ricorso? Proviamo a capire il nostro articolo.

Concetto multi-mondo dell'universo

Per la prima volta, la teoria di un probabile insieme di mondi è stata menzionata dal fisico americano Hugh Everett. Ha offerto la sua soluzione a uno dei principali misteri quantistici della fisica. Prima di passare direttamente alla teoria di Hugh Everett, è necessario capire qual è questo mistero delle particelle quantistiche, che perseguita i fisici di tutto il mondo da più di una dozzina di anni.

Immagina un normale elettrone. Si scopre che come oggetto quantistico può trovarsi in due posti contemporaneamente. Questa proprietà è chiamata sovrapposizione di due stati. Ma la magia non finisce qui. Non appena vogliamo in qualche modo specificare la posizione dell'elettrone, ad esempio, proviamo ad abbatterlo con un altro elettrone, quindi da quantistico diventerà ordinario. Com'è possibile: l'elettrone si trovava sia nel punto A che nel punto B, e improvvisamente è saltato su B a un certo momento?

Hugh Everett ha offerto la sua interpretazione di questo enigma quantistico. Secondo la sua teoria dei molti mondi, l'elettrone continua ad esistere in due stati contemporaneamente. Riguarda l'osservatore stesso: ora si trasforma in un oggetto quantistico ed è diviso in due stati. In uno di essi vede un elettrone nel punto A, nell'altro in B. Esistono due realtà parallele e non si sa in quale di esse si troverà l'osservatore. La divisione in realtà non si limita a due: la loro ramificazione dipende solo dal variare degli eventi. Tuttavia, tutte queste realtà esistono indipendentemente l'una dall'altra. Noi, come osservatori, cadiamo in uno da cui è impossibile uscire, così come passare a uno parallelo.

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Dal punto di vista di questo concetto si spiega facilmente anche l'esperimento con il gatto più scientifico della storia della fisica, il gatto di Schrödinger. Secondo l'interpretazione dei molti mondi della meccanica quantistica, lo sfortunato gatto nella camera d'acciaio è allo stesso tempo vivo e morto. Quando apriamo questa camera, sembriamo fonderci con il gatto e formare due stati: vivo e morto, che non si intersecano. Si formano due universi diversi: in uno, un osservatore con un gatto morto, nell'altro, con uno vivo.

Va notato subito che il concetto di multi-mondo non implica la presenza di molti universi: è uno, solo multistrato, e ogni oggetto in esso contenuto può trovarsi in stati diversi. Tale concetto non può essere considerato una teoria confermata sperimentalmente. Finora, questa è solo una descrizione matematica del puzzle quantistico.

La teoria di Hugh Everett è sostenuta da Howard Wiseman, un fisico della Griffith University in Australia, dal Dr. Michael Hall del Griffith University Center for Quantum Dynamics e dal Dr. Dirk-Andre Deckert dell'Università della California. Secondo loro esistono davvero mondi paralleli e sono dotati di caratteristiche diverse. Eventuali enigmi e schemi quantistici sono una conseguenza della "repulsione" dei mondi vicini l'uno dall'altro. Questi fenomeni quantistici sorgono in modo che ogni mondo non sia come l'altro.

Il concetto di universi paralleli e la teoria delle stringhe

Ricordiamo bene dalle lezioni scolastiche che ci sono due teorie principali in fisica: la teoria generale della relatività e la teoria quantistica dei campi. Il primo spiega i processi fisici nel macrocosmo, il secondo - nel micro. Se entrambe queste teorie vengono utilizzate sulla stessa scala, si contraddiranno a vicenda. Sembra logico che ci sia una teoria generale applicabile a tutte le distanze e scale. Pertanto, i fisici hanno proposto la teoria delle stringhe.

Il fatto è che su scale molto piccole ci sono alcune vibrazioni che sono simili alle vibrazioni di una normale corda. Queste stringhe sono cariche di energia. Le "stringhe" non sono stringhe nel vero senso della parola. Questa è un'astrazione che spiega l'interazione di particelle, costanti fisiche, le loro caratteristiche. Negli anni '70, quando è nata la teoria, gli scienziati credevano che sarebbe diventata universale per descrivere il nostro intero mondo. Tuttavia, si è scoperto che questa teoria funziona solo nello spazio a 10 dimensioni (e noi viviamo nello spazio a 4 dimensioni). Le altre sei dimensioni dello spazio crollano semplicemente. Ma, come si è scoperto, non sono piegati in modo semplice.

Nel 2003, gli scienziati hanno scoperto di poter inserire un numero enorme di metodi e ogni nuovo metodo produce il proprio universo con diverse costanti fisiche.

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Come per il concetto dei molti mondi, la teoria delle stringhe è difficile da dimostrare sperimentalmente. Inoltre, l'apparato matematico della teoria è così difficile che per ogni nuova idea è necessario cercare una spiegazione matematica letteralmente da zero.

Ipotesi dell'universo matematico

Il cosmologo, professore al Massachusetts Institute of Technology Max Tegmark nel 1998 ha avanzato la sua "teoria del tutto" e l'ha chiamata l'ipotesi dell'universo matematico. Ha risolto il problema dell'esistenza di un gran numero di leggi fisiche a modo suo. A suo parere, ogni insieme di queste leggi, coerenti dal punto di vista della matematica, corrisponde a un universo indipendente. L'universalità della teoria è che può essere utilizzata per spiegare l'intera varietà di leggi fisiche e i valori delle costanti fisiche.

Tegmark ha proposto di dividere tutti i mondi secondo il suo concetto in quattro gruppi. Il primo comprende mondi che si trovano al di fuori del nostro orizzonte cosmico, i cosiddetti oggetti extrametagalattici. Il secondo gruppo comprende mondi con altre costanti fisiche, diverse dalle costanti del nostro Universo. Nel terzo - i mondi che appaiono come risultato dell'interpretazione delle leggi della meccanica quantistica. Il quarto gruppo è un certo insieme di tutti gli universi in cui si manifestano determinate strutture matematiche.

Come osserva il ricercatore, il nostro Universo non è l'unico, poiché lo spazio è illimitato. Il nostro mondo, dove viviamo, è limitato dallo spazio, la cui luce ci ha raggiunto 13,8 miliardi di anni dopo il Big Bang. Potremo conoscere con certezza altri universi tra almeno un altro miliardo di anni, finché la loro luce non ci raggiungerà.

Stephen Hawking: I buchi neri sono la via per un altro universo

Stephen Hawking è anche un sostenitore della teoria degli universi multipli. Uno degli scienziati più famosi del nostro tempo nel 1988 ha presentato per la prima volta il suo saggio "Black Holes and Young Universes". Il ricercatore suggerisce che i buchi neri sono la strada per mondi alternativi.

Grazie a Stephen Hawking, sappiamo che i buchi neri tendono a perdere energia ed evaporare, rilasciando la radiazione di Hawking, che ha ricevuto il nome del ricercatore. Prima che il grande scienziato facesse questa scoperta, la comunità scientifica credeva che tutto ciò che in qualche modo cadeva in un buco nero scomparisse. La teoria di Hawking confuta questa ipotesi. Secondo il fisico, ipoteticamente, qualsiasi cosa, oggetto, oggetto che cade in un buco nero vola fuori da esso ed entra in un altro universo. Tuttavia, un tale viaggio è un movimento a senso unico: non c'è modo di tornare indietro.