Есть три вещи, которые должна сделать идея, чтобы стать полноценной научной теорией. Как складывается Мультивселенная?
«Трудно построить модели инфляции, которые не приводят к мультивселенной. Это не невозможно, поэтому я думаю, что все еще необходимо провести исследование. Но большинство моделей инфляции приводят к мультивселенной, и доказательства инфляции будут подталкивать нас к тому, чтобы серьезно относиться к [идее] мультивселенной». - Алан Гут
Время от времени я получаю вопрос или предложение для «Спросите Итана», которое исследует самые пределы того, что мы можем воспринимать, теоретизировать или воображать. Вопросы о начале или конце Вселенной, о законах природы, какими мы их знаем, или даже о самой науке. Подборка этой недели предоставлена Джоном Пашкоу, который спрашивает:
«Вы написали, что революционная научная теория включает в себя 3 вещи, третья из которых состоит в том, что она должна быть проверяемой и иметь возможность быть подтвержденной или опровергнутой (то, что философ Карл Поппер назвал «фальсифицируемостью»).), и все же теория мультивселенной, похоже, не выдерживает этого теста».
Итак, давайте поговорим обо всем: о трех критериях, мультивселенной и ее происхождении, а также о том, соответствует ли она высоким стандартам, предъявляемым к собственной научной теории.
На прошлой неделе я выписал три компонента любой новой революционной научной теории. Вот что я сказал:
1.) Он должен воспроизвести все успехи существовавшей ранее теории
2.) Он должен объяснить новые результаты, противоречащие старой теории
3.) Он должен делать новые, поддающиеся проверке прогнозы, которые ранее не проверялись и которые можно либо подтвердить и подтвердить, либо опровергнуть
Так происходили научные достижения практически во всех областях, от «простых», таких как физика, до «сложных», таких как биология.
Описательный геоцентризм - с эпициклами, эквантами и деферентами - был заменен кеплеровским гелиоцентризмом и эллиптическими орбитами, расширенными позже гравитацией Ньютона. Были объяснены не только положения и движения планет, но и спутники Юпитера, фазы Венеры, эксцентрическая орбита Марса, и были сделаны новые предсказания о периодичности и возвращении комет.
Сотни лет спустя сама гравитация Ньютона не смогла предсказать подробные орбитальные характеристики Меркурия, и именно общая теория относительности Эйнштейна не только воспроизвела все успехи Ньютона, но и объяснила орбитальные аномалии Меркурия и сделала предсказания относительно искривление звездного света гравитационными источниками, которые можно было бы проверить. Всего за несколько лет общая теория относительности была подтверждена, и в наших руках была еще одна полноценная научная революция.
Так откуда взялась Мультивселенная - настоящая Мультивселенная - и что это такое? Чтобы понять это, давайте начнем с нашей картины самой Вселенной. И под Вселенной я подразумеваю наблюдаемую Вселенную: совокупность всего, что мы можем видеть, измерять и с чем взаимодействовать.
Куда бы мы ни посмотрели в небе, мы видим звезды и галактики, сгруппированные в огромную космическую паутину. Но чем дальше в пространстве мы смотрим, тем дальше назад во времени мы смотрим. Более далекие галактики моложе и, следовательно, менее развиты. В их звездах меньше тяжелых элементов, они кажутся меньше по мере того, как происходит меньше слияний, больше спиралей и меньше эллипсов (для образования которых требуется время в результате слияний) и так далее. Если мы пройдем весь путь до пределов того, что мы можем видеть, мы найдем самые ранние звезды во Вселенной, а затем область тьмы за ее пределами, где единственным светом является оставшееся свечение Большого Взрыва.
Но сам по себе Большой Взрыв , произошедший одновременно повсюду около 13,8 миллиардов лет назад , был не началом пространства и времени, а скорее началом нашей наблюдаемой Вселенной. До этого была эпоха, известная как космическая инфляция, когда само пространство экспоненциально расширялось, наполненное энергией, присущей ткани пространства-времени.
Космическая инфляция сама по себе является примером теории, которая появилась и заменила предыдущую, в том смысле, что она:
1.) Соответствовал всем успехам Большого Взрыва и охватывал всю современную космологию,
2.) Объяснил ряд проблем, которые Большой взрыв не смог решить, в том числе почему температура Вселенной везде одинакова, почему она такая плоская в пространстве и почему не осталось высокотемпературных энергетические реликвии, такие как магнитные монополи, и
3.) Сделал пять новых предсказаний, которые можно было проверить с помощью наблюдений, четыре из которых были подтверждены
Однако есть еще одно последствие, которое предсказывает инфляция, и мы не знаем, можем ли мы это подтвердить или нет: Мультивселенная.
Видите ли, инфляция работает, заставляя пространство расширяться с экспоненциальной скоростью. Это берет все, что существовало до горячего Большого взрыва, и делает его намного, намного, намного больше, чем было раньше. Пока все хорошо: это объясняет, как мы получаем такую однородную, большую Вселенную. Когда инфляция заканчивается, эта Вселенная наполняется материей и излучением, что мы и наблюдаем как горячий Большой Взрыв. Но вот что становится странным.
В соответствии с жизнеспособными механизмами, которые дают нам достаточно инфляции, чтобы создать Вселенную, которую мы видим, также есть много областей пространства, окружающих нашу собственную (где инфляция закончилась), где инфляция не заканчивается сразу, что приводит к явлению, известному как вечная инфляция.
Но там, где инфляция не заканчивается, это приводит к увеличению пространства для раздувания, что приводит к возникновению некоторых регионов, в которых будут происходить горячие Большие Взрывы, причинно не связанные с нашим собственным, и других регионов, которые будут продолжать раздуваться.
И так далее.
Теперь мы многого не знаем об этих других Вселенных, в том числе:
- У них те же физические законы, частицы и фундаментальные константы, что и у нас?
- Имеют ли они такие же плотности, истории свойств, как и наши?
- Мы каким-то образом квантово-механически запутались с этими другими Вселенными?
Ответ может быть «нет» или «да» на любой или на все эти вопросы; консервативное предположение состоит в том, что ответы «да», «да» и «нет» соответственно, но это подводит нас к главному вопросу вопроса Джона: является ли это научной теорией?
Дело в том, что Мультивселенная сама по себе не является научной теорией. Скорее, это теоретическое следствие законов физики, как они лучше всего понимаются сегодня. Возможно, это даже неизбежное следствие этих законов: если у вас есть инфляционная Вселенная, управляемая квантовой физикой, это то, к чему вы в значительной степени придёте.
Но Мультивселенная не обязательно должна объяснять что-либо о Вселенной, в которой мы живем. Она не решает ни одной из нерешенных проблем, которые у нас есть в настоящее время. (И если вы говорите такие вещи, как «ландшафт», «энергия вакуума», «антропный принцип» и «космологическая постоянная», вы не понимаете, что означает «решить».) обязательно понаблюдаю.
Итак, что это значит, если собрать все вместе? Это означает, что Мультивселенная - предполагая, что наша текущая картина Вселенной и ее история верна - , вероятно, реальна. Вероятно, существует гораздо больше Вселенной, чем то, что мы можем наблюдать, и, вероятно, есть другие Вселенные, которые начались с другого Большого Взрыва, которые никогда не будут взаимодействовать с нашей собственной.
Но это также означает, что это выходит за рамки тестируемости, даже в принципе. Единственный способ, который я мог придумать для этого, является катастрофическим: восстановить инфляционное состояние, запутать множество наблюдателей, которые растягиваются в разных инфляционных областях, и посмотреть, заканчивается ли инфляция и приводит ли к разным вещам разные вещи в разное время, предполагая, что вы можете узнать что-то, когда вы разрушаете квантовую запутанность. (И я не уверен, что вы можете.)
Это требует выживания после горячего Большого Взрыва, заметьте, так что удачи в этом. Если вы не можете, я с Джоном на скептическом фронте: Мультивселенная может быть интересной и, по-видимому, неизбежным теоретическим следствием физики. Но до тех пор, пока мы не сможем проверить это научно - а может случиться так, что мы никогда не сможем - , это недостаточно хорошо, чтобы быть наукой. Это теоретическое предположение, имеющее смысл, но это не научная теория, и из-за ограниченности Вселенной она может никогда ею и не стать.
Что тогда? Это может быть новый класс тем, которые мы начинаем понимать: первая физически мотивированная «метафизика», с которой мы когда-либо сталкивались. Впервые мы понимаем пределы нашей Вселенной, информацию в ней и то, что это означает для того, что мы можем о ней узнать. За гранью этого? После этого? Возможно, именно здесь начинается метафизика и, возможно, именно здесь навсегда останется Мультивселенная.
Итак, Джон, спасибо за философский вопрос на этой неделе, и я надеюсь, вам понравился вопрос «Спросите Итана»!
Есть вопрос или предложение для Ask Ethan? Отправьте его сюда на рассмотрение.
Оставляйте свои комментарии на нашем форуме и поддержите Starts With A Bang на Patreon!