Теорията за мултивселената може да приключи
Радикален нов поглед към квантовата механика премахва вечния „балон“ на мултивселената и показва как интерпретацията на много светове може да сложи край. Мултивселената е мъртва, да живее мултивселената!
Популярният възглед за мултивселената казва, че нашата вселена е само една от многото постоянно надувани балонни вселени. Тези мехурчета завинаги раждат множество вселени, дори когато отделните вселени остаряват и умират.
Въпреки това, една нова перспектива за квантовите ефекти - тази на Шон Карол от Калифорнийския технологичен институт - предизвиква тази картина. Той също така ще бъде много полезен за квантовите теоретици, тъй като може да разреши някои от горещите въпроси, които тревожат космолозите, включително парадокса, известен като "мозъците на Болцман".
Карол хвърля нов поглед върху произволните движения, известни като квантови флуктуации.
Квантовите системи водят до задънена улица най-добрите умове на човечеството. Текущите модели казват, че частица като електрон няма фиксирана позиция: най-доброто, което можете да направите, е да опишете вероятността за намиране на електрон на определено място, тоест с уравнение на вълновата функция. Когато се опитате да направите измерване, вълновата функция "колабира" и избира една стойност, но дотогава позицията на електрона се колебае. Такава несигурност, на пръв поглед, генерира квантови флуктуации в празното пространство.
Въпреки техните странни свойства обаче, ние дължим самото си съществуване на квантовите флуктуации. Изследванията на първата светлина, излъчена от Вселената 380 000 години след Големия взрив, предполагат, че квантовите флуктуации в ранната Вселена са направили някои региони по-плътни от други, което е довело до космическомрежа от галактики, звезди, планети и в крайна сметка нас.
Случайните изблици могат да имат друга интригуваща последица. За част от секундата след Големия взрив се смята, че Вселената е претърпяла експлозивен скок на растеж, известен като инфлация, движена от квантови частици, наречени инфлатони. Всеки инфлатон произволно се преплита с допълнителна енергия, пораждайки отделен балон на Вселената. Този балон от своя страна премина през етап на надуване и създаде повече балони, което доведе до създаването на балона на мултивселената. Според тази теория, веднъж започнала инфлация, тя никога няма да свърши, непрекъснато се раждат нови вселени - следователно мултивселената, или мултивселената, е безкрайна и безкрайна.
Това е популярното мнение. Карол и колегите му решиха да погледнат по различен начин на тази теория, защото тя води до някои неразрешени въпроси. В такава безкрайна вселена всичко, което има дори и малък шанс, почти сигурно ще се случи - просто ще трябва да чакате много дълго време.
Някои теоретици посочват, че ако това предположение се доведе до логично заключение, дори самосъзнаващи се безплътни мозъци може в крайна сметка да се появят. Същата логика казва, че безкраен брой маймуни, удрящи произволно по клавишите, в крайна сметка ще напишат пълните произведения на Шекспир.
Това може и да е вярно, но мозъците на Болцман създават сериозни проблеми за теоретиците: в цялата история на Вселената такива мозъци би трябвало да надминават дори нашето съзнание. Това е голям проблем, защото отправната точка за нашето разбиране за Вселената и нейното поведение е, че хората, а не безплътните мозъци, са наблюдатели. Освен това мозъкът на Болцман като цяло е някаква неразбираемост за повечето хора.
Каролрешава да напише статия, показваща, че мозъците на Болцман са сериозна заплаха, но в процеса на писане той открива начин да ги победи. Неговата отправна точка е идеята, че квантовите флуктуации зависят от взаимодействието с външна система или частица, тоест с „наблюдател“ – много често срещано понятие в квантовата механика. Но когато погледна инфлацията от този ъгъл, всичко се промени. Инфлатонът трябва да се е появил преди всички други частици в самото начало на Вселената. Това означава, че инфлатонът е единственият тип частици, които съществуват, сякаш няма нищо "там", с което да взаимодейства, казва Карол. В този случай инфлатонът няма да премине през квантови флуктуации.
Това „тихо“ състояние продължи, докато инфлатоните се разпаднаха на няколко вида обикновени частици, които можеха да взаимодействат помежду си.
„И тогава най-накрая се родиха квантови флуктуации“, казва Карол, намеквайки, че космическата мрежа наистина се е появила, но безкраен брой вселени не.
Неговата идея обаче не убива мултивселената като цяло. Въпросът е, че математиката, която прави флуктуациите зависими от наблюдателя, разчита на теорията за многото светове на квантовата механика. Според нея всеки път, когато се измерва квантова система, Вселената се разделя на няколко различни версии, по една за всеки възможен резултат. За разлика от мултивселената, в която всеки балон на вселената започва от нулата и се развива сам, вселената на „мултисвета“ се състои от преплитащи се клонове, които са започнали с еднакви начални условия. „Може би Хитлер е спечелил Втората световна война в паралелна вселена, това е един възможен резултат“, казва Карол. Но законитефизиката е същата.
В теорията на Карол дори разклонената мултивселена трябва да приключи. Вселената се разширява с непрекъснато нарастваща скорост, така че космолозите вярват, че нейната смърт ще има много общо с нейното раждане, без разпознаваема материя и с едно квантово поле. В този случай отново няма да има наблюдатели, които да пораждат квантови флуктуации.
Теорията на Карол предизвика известна изненада сред сериозните физици. И одобрение.
Привържениците на вечната инфлация обаче се придържат към своята гледна точка:
„Напълно симпатизирам на желанието на Шон да се отърве от мозъците на Болцман“, казва един от създателите на теорията за инфлацията.
В момента няма начини за разрешаване на дебата, но Дейвид Уолъс от Оксфордския университет смята, че теорията на Карол може да има практически последици, като например да ни помогне да разберем по-добре как се държи материята на квантово ниво.