https://frosthead.com

Kas füüsikud saavad kunagi tõestada, et multiverse on tõeline?

Universum algas suure pauguna ja hakkas peaaegu kohe laienema kiiremini kui valguse kiirus kasvupurjus, mida nimetatakse inflatsiooniks. See järsk venitus silus kosmust, määrides ainet ja kiirgust kogu selle ulatuses võrdselt nagu ketšup ja sinep hamburgeril. kakuke.

See laienemine peatus vaid sekundi murdosa pärast. Kuid idee järgi, mida nimetatakse inflatsiooniliseks multiverssiks, jätkub see - just mitte meie universumis, kus seda näha võiksime. Ja nagu see kukub, kudeb ta teisi universumeid. Ja isegi siis, kui see neis ruumides peatub, jätkub see ka teistes. See “igavene inflatsioon” oleks loonud lõpmatu hulga teisi universumeid.

Koos moodustavad need kosmilised saared seda, mida teadlased nimetavad „multiverssiks”. Kõigil neil saartel võivad selle universumi füüsikalised põhialused - nagu elektronide ja prootonite laengud ja massid ning ruumi laienemise viis - olla erinevad.

Kosmoloogid uurivad enamasti seda multiversiooni inflatsioonilist versiooni, kuid kummaline stsenaarium võib esineda ka muudes vormides. Kujutage näiteks ette, et kosmos on lõpmatu. Siis see osa sellest, mida me näeme - nähtav universum - on lihtsalt üks loendamatul hulgal teistest sama suurusega universumitest, mis liituvad kokku, et moodustada multiversioon. Teine versioon, mida nimetatakse paljude maailmade tõlgendamiseks, pärineb kvantmehaanikast. Iga kord, kui füüsikalisel osakesel, näiteks elektronil, on mitu võimalust, võtab ta kõik need - igaüks erinevas, äsja kudetud universumis.

Kujutis universumi evolutsioonist 13, 77 miljardi aasta jooksul. Vasakpoolsed servad kujutavad kõige varasemat hetke, mida võime nüüd proovile panna, kui "inflatsiooniperiood" põhjustas plahvatuse universumi eksponentsiaalsest kasvust. (NASA / WMAP teadusrühm) Kavli auhinna võitjad inflatsiooni leiutamise eest (Kavli auhind) Pilt sellest, kuidas kokkupõrge teise universumiga võib ilmneda mikrolaine taustal (University College London)

Kuid kõik need teised universumid võivad olla meie teaduslikust käeulatusest väljas. Universum sisaldab määratluse järgi kõiki asju, mida kõik sees võivad näha, tuvastada või proovida. Ja kuna multiversum on füüsiliselt ja filosoofiliselt kättesaamatu, ei pruugi astronoomid kindlasti teada saada, kas see üldse olemas on.

Selle kindlaksmääramine, kas me elame ühel paljudest saartest või mitte, pole siiski pelgalt teadmiste otsimine kosmose olemuse kohta. Kui multiversioon on olemas, pole meie konkreetse universumi elu võõrustamisvõime selline müsteerium: eksisteerib ka lõpmatu hulk vähem külalislahkeid universumeid. Meie koosseis oleks siis lihtsalt õnnelik juhus. Kuid me ei saa seda teada enne, kui teadlased saavad multiversi kinnitada. Ja kuidas nad seda teevad, ja kui see on isegi võimalik, jääb lahtiseks küsimuseks.

Null tulemusi

See ebakindlus kujutab endast probleemi. Teaduses püüavad teadlased selgitada, kuidas loodus töötab, kasutades ennustusi, mida nad nimetavad ametlikult hüpoteesideks. Kõneldavalt nimetavad nii nemad kui ka avalikkus neid ideesid mõnikord teooriateks. Teadlased suhtuvad selle kasutuse poole eriti siis, kui nende idee käsitleb mitmesuguseid asjaolusid või selgitab midagi füüsika toimimises olulist. Ja mis võiks olla laiaulatuslikum ja põhimõttelisem kui multiverse?

Hüpoteesilt teooriale tehnilise liikumise ideeks peavad teadlased siiski oma ennustusi testima ja seejärel tulemusi analüüsima, et näha, kas andmed toetavad või lükkavad ümber nende esialgse arvamise. Kui idee pälvib piisavalt järjepidevat tuge ning kirjeldab loodust täpselt ja usaldusväärselt, reklaamitakse seda ametlikuks teooriaks.

Kuna füüsikud asusid sügavamale reaalsuse südamesse, muutuvad nende hüpoteeside - nagu multiversumi - testimine raskemaks ja võib-olla isegi võimatuks. Ilma võimeta oma ideid tõestada või ümber lükata pole teadlastel mingit võimalust teada, kui hästi teooria tegelikkust esindab. See on nagu võimaliku kuupäeva kohtumine Internetis: Ehkki nad võivad digitaalsel paberil hea välja näha, ei saa te enne isikliku kohtumisega teada, kas nende profiil tähistab nende tegelikku mina. Ja kui te ei kohta kunagi isiklikult, võivad nad teid püüda. Ja nii võiks ka multiverse.

Füüsikud arutavad nüüd, kas see probleem liigutab ideed nagu multiversioon füüsikast metafüüsikasse, teadusmaailmast filosoofia maailma.

Näita mulle olekut

Mõne teoreetilise füüsiku sõnul vajab nende väli rohkem külma, kindlat tõendusmaterjali ja muret selle pärast, kuhu tõendite puudumine viib. “Teooriaid on lihtne kirjutada, ” ütleb Carlo Rovelli Prantsusmaal Luminy'is asuva teoreetilise füüsika keskusest. Rovelli kasutab siin sõna kõnekeeles, et rääkida hüpoteetilistest seletustest selle kohta, kuidas universum põhimõtteliselt töötab. “Raske on kirjutada teooriaid, mis reaalsuse tõestamise üle elavad, ” jätkab ta. “Vähesed jäävad ellu. Selle filtri abil oleme suutnud arendada kaasaegset teadust, tehnoloogiaühiskonda, ravida haigusi, toita miljardeid. Kõik see toimib tänu lihtsale ideele: ärge usaldage oma väljamõeldisi. Hoidke ainult ideid, mida saab katsetada. Kui me selle ära lõpetame, läheme tagasi keskaja mõtlemisstiili juurde. ”

Tema ja Kaplinna ülikooli kosmoloogid George Ellis ning Baltimore'i Johns Hopkinsi ülikooli Joseph Silk muretsevad, et kuna keegi ei suuda praegu tõestada ideesid, nagu mitmeharuline õige või vale, saavad teadlased lihtsalt jätkata oma intellektuaalseid teid, teadmata, kas nende jalutuskäigud on vajalikud. kõike muud kui juhuslikku. “Teoreetiline füüsika võib muutuda matemaatika, füüsika ja filosoofia vahel mitte kellegi maaks, mis ei vasta tegelikult ühegi inimese nõudmistele, ” märkisid Ellis ja Silk 2014. aasta detsembri looduse juhtkirjas.

Asi pole selles, et füüsikud ei taha oma metsikumaid ideid proovile panna. Rovelli ütleb, et paljud tema kolleegid arvasid, et tehnoloogia hüppeliselt arenedes - ja palju aega ruumides istudes mõtledes - suudaksid nad neid praeguseks kinnitada. "Arvan, et paljud füüsikud ei ole leidnud viisi oma teooriate tõestamiseks, nagu nad olid lootnud, ja seetõttu on nad jahmunud, " ütleb Rovelli.

"Füüsika areneb kahel viisil, " ütleb ta. Füüsikud näevad midagi, mida nad ei mõista, ja töötavad selle selgitamiseks välja uue hüpoteesi või laienevad olemasolevas heas töökorras hüpoteesis. "Täna raiskavad paljud füüsikud aega, järgides kolmandat viisi: üritavad meelevaldselt arvata, " ütleb Rovelli. "See pole varem kunagi töötanud ega toimi praegu."

Multiverse võib olla üks neist suvalistest arvamistest. Rovelli ei vastandu mitte ideele endale, vaid selle puhtalt joonestustahvli olemasolule. "Ma ei näe põhjust, miks võiks a priori tagasi lükata idee, et looduses on rohkem kui see osa kosmoseajast, mida me näeme, " ütleb Rovelli. "Kuid ma pole seni veenvaid tõendeid näinud."

Tõestus peab arenema

Teised teadlased väidavad, et tõendite ja tõendite määratlused vajavad täiendust. Richard Dawid Müncheni matemaatilise filosoofia keskusest usub, et teadlased saaksid toetada oma hüpoteese, nagu multiverse, ilma füüsilist tuge leidmata. Ta esitas oma ideed raamatus, mille nimi oli keelpilliteooria ja teaduslik meetod . Toas on omamoodi rubriik, mida nimetatakse “mitte-empiiriliste teooriate hindamiseks”, mis on nagu teadusfüüsikaline hinnang professionaalsetele füüsikutele. Kui teooria vastab kolmele kriteeriumile, on see tõenäoliselt tõsi.

Esiteks, kui teadlased on üritanud välja pakkuda alternatiivset teooriat, mis seletaks nähtust hästi, siis loetakse see algse teooria kasuks. Teiseks, kui teooria tundub parem idee, mida rohkem seda uurite, on see veel üks pluss. Ja kui mõtteline joon tekitas teooria, mida tõendid hiljem toetasid, on tõenäosus, et see jälle juhtub.

Radin Dardashti, kes on ka Müncheni matemaatilise filosoofia keskus, arvab, et Dawid on õigel teel. "Kõige põhilisem idee, mis seda kõike toetab, on see, et kui meil on teooria, mis tundub, nagu see toimib, ja oleme tulnud välja millegi parema toimimisega, on tõenäosus, et meie idee on õige, " ütleb ta.

Kuid ajalooliselt on see alistamine sageli kokku kukkunud ja teadlased pole suutnud näha dogmaatiliste ideede ilmseid alternatiive. Näiteks tundub, et Päike tõuseb ja loojub Maa ümber. Seetõttu arvasid inimesed juba ammu, et meie täht tiirleb Maa ümber.

Dardashti hoiatab, et teadlased ei peaks Dawidi idee tahtmatult rakendama ja et see vajab rohkem arendamist. Kuid see võib olla parim idee mitme variandi ja muude ideede “katsetamiseks”, mida on liiga raske, kui mitte võimatu katsetada. Ta märgib siiski, et füüsikute väärtuslikku aega kulutaks parem unistamaks viise tõeliste tõendite leidmiseks.

Kõik ei ole siiski nii rõvedad. Stockholmi Põhjamaade Teoreetilise Füüsika Instituudi Sabine Hossenfelder arvab, et post-empiiriline ja teadus ei saa kunagi koos elada. „Füüsika eesmärk ei ole tõelise tõe leidmine. Füüsika eesmärk on maailma kirjeldamine, ”kirjutas ta oma ajaveebis Tagasi reageerimise vastuseks intervjuule, kus Dawid rääkis oma ideedest. Ja kui ideel (mida ta kõneleb ka teoorias) puudub empiiriline ja füüsiline alus, siis see ei kuulu. "Ilma vaatlusega kontakti tegemata pole teooriast kasulik loodusmaailma kirjeldada, see pole loodusteaduste osa ja ka mitte füüsika, " lõpetas ta.

Multiverse Multiverse (Standfordi ülikool)

Tõde on seal väljas

Mõned multiversumi toetajad väidavad, et nad on leidnud multiversioonile tõelisi füüsilisi tõendeid. Joseph Polchinski California ülikoolist Santa Barbara ja Andrei Linde Stanfordi ülikoolist - mõned teoreetilistest füüsikutest, kes unistasid praegusest inflatsioonimudelist ja kuidas see viib saareuniversumiteni - ütlevad, et tõestus on meie kosmosesse kodeeritud.

See kosmos on tohutu, sujuv ja tasane, nii nagu inflatsioon ütleb, et see peaks olema. “Võttis aega, enne kui me harjusime mõttega, et universumi suurt suurust, tasasust, isotroopiat ja ühetaolisust ei tohiks elu tühiste faktidena kõrvale jätta, ” kirjutas Linde detsembris arXiv.org ilmunud artiklis. "Selle asemel tuleks neid pidada eksperimentaalseteks andmeteks, mis vajavad selgitust, mis pakuti koos inflatsiooni leiutisega."

Samuti näib, et meie universum on viimistletud elule soodsaks, oma Goldilocksi paisumiskiirusega, mis pole liiga kiire ega liiga aeglane, elektron pole liiga suur, prootonil on täpselt vastupidine laeng, kuid sama mass kui neutronil ja a neljamõõtmeline ruum, milles saame elada. Kui elektron või prooton oleks näiteks ühe protsendi võrra suurem, ei saaks olendid olla. Mis on tõenäosus, et kõik need omadused joonduvad, et luua kena bioloogiline kinnistu kinnisvara kujunemiseks ja arenemiseks?

Universumis, mis on tegelikult ainus universum, on võimalused kaduvalt väikesed. Kuid igavesti täispuhutud multiversioonis on kindel, et üks universumitest peaks välja kujunema nagu meie oma. Igal saare universumil võivad olla erinevad füüsikalised seadused ja põhialused. Lõpmatute mutatsioonide korral sünnib universum, millel inimesed võivad sündida. Multiverse seletab tegelikult, miks me siin oleme. Ja meie olemasolu aitab seega selgitada, miks multiversioon on usutav.

Need statistiliselt ühendatud kaudsed tõendid on viinud Polchinski ütluseni, et ta on 94 protsenti kindel, et multiversioon on olemas. Kuid ta teab, et see on 5, 999999 protsenti vähem kui 99, 999999 protsenti teadlikkuse tagamise teadlastel tuleb nimetada midagi tehtud tehinguks.

imikuuniversum Üksikasjalik pilt imiku universumist, mis on loodud üheksa aastat kestnud WMAP-i andmete põhjal. Pilt näitab 13, 77 miljardi aasta vanuseid temperatuurikõikumisi (näidatud värvierinevustena), mis vastavad seemnetele, mis kasvasid galaktikateks. (NASA / WMAP teadusrühm)

Lõpuks suudavad teadlased avastada multiversumi kohta otsesemat tõendusmaterjali. Nad jahtivad venitusarmide järele, mille inflatsioon oleks jätnud kosmilisele mikrolaine foonile - suurest paugust üle jäänud valguse. Need jäljendid võiksid teadlastele öelda, kas inflatsioon juhtus, ja aidata neil välja selgitada, kas see toimub ikkagi meie arvates kaugel. Ja kui meie universum on minevikku teistesse põrutanud, siis oleks see poritiibu painutaja ka kosmilise mikrolaine taustal jäljendeid jätnud. Teadlased suudaksid selle kahe autoõnnetuse ära tunda. Ja kui on olemas kaks autot, peab seda olema veel palju.

Või võivad füüsikud 50 aasta pärast esitada tõendusmaterjali 21. sajandi alguse lemmikloomade kosmoloogilise teooria kohta.

"Me töötame probleemiga, mis on väga raske, ja seetõttu peaksime selle üle mõtlema väga pika aja jooksul, " on Polchinski nõustanud teisi füüsikuid. See pole füüsikas ebaharilik. Sada aastat tagasi ennustas Einsteini üldrelatiivsusteooria näiteks gravitatsioonilainete olemasolu. Kuid teadlased suutsid neid alles hiljuti kontrollida miljardi dollarise instrumendiga LIGO, mis on Laser Interferomeetri gravitatsioonilainete vaatluskeskus.

Siiani on kogu teadus tuginenud katsetatavusele. See on olnud see, mis teeb teadusest teaduse ja ei unista. Selle ranged tõendusreeglid viisid inimesed pimedusest, pimedatest lossidest ja kosmosesse. Kuid need testid võtavad aega ja enamik teoreetikuid soovib seda oodata. Nad ei ole valmis riivama ideed, mis on nii põhimõtteline kui multiversum - see võiks tegelikult olla vastus elule, universumile ja kõigele - kuni ja kui nad ei suuda endale tõestada, siis seda pole olemas. Ja see päev ei pruugi kunagi tulla.

Kas füüsikud saavad kunagi tõestada, et multiverse on tõeline?