Мультивсесвіт: ідея, яку колись було небезпечно заперечувати

У 1277 році єпископ Паризький оголосив, що будь-який вчений, який викладав там, що може бути тільки один всесвіт, ризикує бути екскомунікованим – оскільки це твердження заперечувало божественну силу творити стільки світів, скільки Він побажає. За століття до телескопів та супутників мультивсесвіт був уже достатньо серйозною темою, щоб загрожувати кар'єрам.

Сьогодні мультивсесвіт є справжнім, хоча й спірним напрямком фізики: сімейство ідей про те, чому наш всесвіт може не бути єдиним, побудоване на теорії інфляції, квантовій механіці та пошуках слабких закономірностей у найстарішому світлі неба. Жодне з цього не є встановленою наукою, і деякі з найгучніших критиків – самі фізики. Але історія того, як ця ідея дісталася сюди, і того, що люди насправді намагалися протестувати, більш дивна за більшість наукової фантастики.

Уявлення про те, що реальність може містити більш ніж один всесвіт, не є сучасним винаходом. Це сягає тих самих давньогрецьких мислителів, які вперше запропонували існування атомів – міркуючи, що якщо матерія може бути побудована з неподільних частинок, розкиданих через нескінченний простір, то немає очевидної причини, чому цей простір повинен містити тільки один космос.

Не всі були згодні. Аристотель наполегливо заперечував, наполягаючи на тому, що сама логіка вимагала єдиного всесвіту і нічого більше. Його аргумент переважав більше тисячі років, настільки глибоко формуючи західну думку, що в Середньовіччі це стало майже офіційною доктриною – поки сама церква не вирішила інакше. Заява єпископа Паризького від 1277 року повністю змінила сценарій: раптом аристотелівський погляд на один всесвіт став ризикованою позицією для захисту, оскільки він, здавалося, обмежував божественну силу.

Сам термін «мультивсесвіт» передує сучасній науковій дискусії на десятиліття. Це був американський філософ і психолог Вільям Джеймс, який першим вжив це слово в 1895 році – хоча він мав на увазі щось зовсім інше від пухирцевих всесвітів або квантових гілок. Фізика не встигала за словниковим запасом протягом більшої частини століття.

Сучасні теорії мультивсесвіту в основному походять від інфляції: ідеї того, що всесвіт у своїй іноді пройшов через вибух надзвичайно швидкого розширення, розроблений фізиками Аланом Гутом і Андрієм Линде, серед інших, незабаром після 1980 року. Ця єдина ідея змінила уявлення фізиків про перші моменти після Великого Вибуху.

Ось частина, яка безпосередньо веде до мультивсесвіту: інфляція не повинна скрізь зупинятися одночасно. У нашому космічному районі вона зупинилася 13,7 мільярдів років тому, але розрахунки припускають, що вона все ще відбувається в далеких регіонах, постійно відокремлюючи нові «нормальні» кишені простору-часу, як наша. Якщо це так, то весь спостережуваний всесвіт – це просто один пухирець у нескінченному бурлючому морі, і ми можемо бачити лише невелику частину пухиря, у якому ми знаходимося.

Це справді дивна імплікація: це означає, що Великий Вибух був не одиничною, разовою подією, а чимось, що постійно відбувається десь, назавжди – просто не в тому місці, куди ми можемо нині вказати телескопом.

Якби інші пухирцеві всесвіти існували, і наш пухирець коли-небудь торкнувся одного з них, розмірковували фізики, то зіткнення повинно було б залишити слід на космічному мікрохвильовому фоні – слабкому зарянні Великого Вибуху, яке наповнює весь небесний свід. Ця ідея привела до однієї з небагатьох справжніх спроб протестувати мультивсесвіт спостережливо, а не просто обговорювати його філософськи.

Два документи з'явилися в двох провідних фізичних журналах – Physical Review Letters та Physical Review D, вперше викладаючи справжній метод пошуку інших всесвітів. Опрацювавши 7 років даних із супутника WMAP НАСА, команда вивела першу верхню межу того, скільки слідів зіткнень може ховатися десь у цьому фоновому випромінюванні.

Результатом був тверезий нуль: дані виключили поповнення стандартної космологічної моделі зіткненнями пухирців і встановили середню кількість виявлювальних по всьому небу менш ніж 1,6 з 68% впевненістю. Це не доказ того, що інші всесвіти не існують – лише те, що, якби наш пухирець коли-небудь зіткнувся зі сусідом, дані WMAP це не показали б чітко. Дослідники зауважили, що пухирцеві всесвіти, які достатньо наблизяються, можуть коротко прилипати один до одного, як це роблять мильні бульбашки, що є саме тим видом подій, для яких був розроблений цей пошук.

Окремий, не пов'язаний з ним вимір на короткий час розпалив дебати. Вивчивши спектр космічного мікрохвильового фону, астрофізик Ранга-Рам Чарі повідомив про сигнал приблизно в 4500 разів яскравіший, ніж очікувалося, судячи за відомими кількостями протонів і електронів, які, як вважається, існували на самому початку всесвіту.

Цікаво в аномалії була її форма: вона краще підходила до космосу, де співвідношення між частинками матерії та фотонами близько в 65 разів вищих за значення, виміряне у нашому всесвіті – не просто мала статистична флуктуація, а невідповідність з зовсім іншим набором фізичних констант. Чарі оцінив ймовірність того, що це був просто шум, на 30%, дозволяючи собі набагато більш драматичну можливість: що сусідній всесвіт вилив деякі з його власних частинок матерії у нас.

Чарі був обережний, щоб не перебільшити знахідку, написавши, що твердження настільки незвичайні, як докази альтернативних всесвітів, вимагають однаково високого тягара доказів. Майже через десять років жодна наступна аналіза не підтвердила сигнал як справжній доказ чого-небудь поза нашим всесвітом – нагадування про те, як швидко захоплива аномалія може зникнути, коли надходять більше даних.

Не всі ідеї мультивсесвіту походять з космології. Квантова механіка має власну версію, народжену з головоломки про те, що відбувається при виконанні вимірювання. Фізик Х'ю Еверетт запропонував у 1957 році, що кожен можливий результат квантової події насправді відбувається, кожен у своїй власній розгалуженій версії реальності – рамка, яка тепер зазвичай називається інтерпретацією багатьох світів, хоча деякі фізики все ще посилаються на її старші назви, формулювання відносного стану та інтерпретацію Еверетта.

Замість однієї історії, яка розвивається, Еверетт описує постійно розгалужене дерево реальностей, з кожною версією однаково реальною для спостерігачів всередині нього. Вона залишається однією з найбільш дискутованих інтерпретацій квантової теорії саме тому, що її неможливо протестувати безпосередньо – інші гілки за конструкцією назавжди недосяжні.

Якщо мультивсесвіт насправді виробляє незліченні всесвіти з різними фізичними константами, це ставить очевидне питання: чому наш випадково має правильні константи, щоб зірки, планети та хімія взагалі існували? Однією з звичайних відповідей є те, що називається антропічним принципом – міркування про те, що ми не повинні дивуватися, коли ми опиняємося у всесвіті, здатному підтримувати тип життя, який може поставити питання з самого початку, які б рідкісні такі всесвіти не були серед усіх можливих.

Сам вислів молодший, ніж можна було б чекати: він вперше з'явився в матеріалі фізика Брендона Картера для симпозіуму 1973 року в Кракові, більше ніж через десять років після того, як основна ідея вже крутилася в космології. З тих пір вона стала однією з найбільш цитованих та найбільш обговорюваних концепцій, пов'язаних з мультивсесвітом – способом пояснити своє власне існування без потреби в тому, щоб хтось навмисне налаштував всесвіт для нас.

Жодне з цього не вирішує, чи реальні інші всесвіти. Що це показує, так це те, що мультивсесвіт, як би повільно це не відбувалося, перейшов від середньовічного аргументу про межі божественної сили до набору перевіреної прогнозів про слабкі закономірності на небі – навіть якщо ці тести поки що постійно повертаються без будь-якого чіткого сигналу.

• Long Live the Multiverse! | Scientific American
• The Case for Parallel Universes | Scientific American
• Is our universe inside a bubble? First observational test of the 'multiverse' | ScienceDaily
• First Observational Tests of Eternal Inflation (arXiv)
• Cosmologist thinks a strange signal may be evidence of a parallel universe | phys.org
• Wikipedia: Multiverse
• Wikipedia: Many-worlds interpretation
• Wikipedia: Anthropic principle