Зачем столько вселенных?
Оригинал взят у doctor-notes
Один то ли писатель, то ли физик, то ли астроном написал книжку про астрономию.
И принес ее Наполеону, похвастаться.
А Наполеон спрашивает: слушай, Лаплас (его Лапласом звали). А где у тебя бог-то, в твоей книжке?
Лаплас говорит, с достоинством: а я в этом мракобесии не нуждаюсь, у меня и без бога всё отлично работает. Звёзды висят, планеты крутятся, вот формулы.
Тогда Наполеон спрашивает: а как ты без бога объяснишь, почему нам так с планетой повезло? Смотри: крутится ровно на нужном расстоянии, чтобы климат был подходящий. Причем почти по кругу, а не по эллипсу какому-нибудь. Луна, опять же: прецессию оси не допускает, вращение стабилизирует. Юпитер почти все кометы и астероиды высосал, как пылесосом. Солнце у нас очень подходящего спектрального класса.
Почему мы с тобой сейчас в Париже разговариваем, а не на Плутоне каком-нибудь?
Лаплас ему отвечает: ты, Наполеон, сам подумай. Планета у нас, конечно, очень годная. И климат, и Луна, и Юпитер, и магнитное поле, и много чего еще. Но ведь планет этих - как гуталина на гуталиновой фабрике. У одного Солнца почти десяток, а в галактике этих солнц - за сотню миллиардов, и галактик в поле зрения тоже за сотню миллиардов. И это я еще молчу, что там за космологическим горизонтом еще миллиарды раз по столько же. Если их триллионы, этих планет, то хоть на каких-то должен быть курорт? Раз мы здесь с тобой разговариваем - значит, эта планета для нас и выпала в космической лотерее. На Меркурии, небось, не очень-то поговорили бы. Назову эту годную мысль так: антропный принцип. Раз уж мы здесь, значит, все условия для этого совпали. Не могли не совпасть. Иначе некому было бы разговаривать.
А Наполеон тогда говорит: ты, Лаплас, хитрый, но дурак. С планетами ты здорово выкрутился, их и правда много. Но вселенная-то одна. И в ней, в этой вселенной, таких совпадений тоже навалом. Чуть тронь гравитационную постоянную - звезды или не зажгутся, или погаснут сразу. С сильным взаимодействием та же фигня. Постоянную тонкой структуры слегка поменяй - молекул не будет. А если бы протон на полпроцента тяжелее был, так и атомов бы не было никаких. Неоднородность распределения вещества во вселенной чуть сдвинь - либо галактик не будет, либо в черную дыру всё свалится. Еще перечислять?
Лаплас говорит: упс. Действительно, странно. Назову это проблемой тонкой настройки.
И ушел грустный.
А потом, в 1953г, еще такая история случилась.
Один писатель, астроном по совместительству, Фред Хойл, размышлял откуда всё взялось. В смысле, разные атомы. Вначале-то только водород был, поменьше гелия и совсем немножко лития. Это другой писатель, физик по совместительству, Джордж Гамов, уже выяснил, когда Биг Банг придумал. А углерод откуда взялся? Или, скажем, натрий.
Тогда Хойл сообразил: в звёздах же.
И стал считать.
То есть складывать ядра из нуклонов.
Бериллий с бором у него легко получились, а вот углерод никак. Его надо из трех гелиев складывать, но для этого они должны все втроем одновременно столкнуться. Посчитал вероятность - не получается. Тогда он решил углерод из бериллия-8 сделать. Прилепить к нему гелий-4, получится как раз углерод-12. Опять не выходит: бериллий-8 долго не живет, сразу разваливается. Не успевает к нему гелий прилепиться.
Тогда Хойл говорит: здесь должен быть подземный ход у углерода должен быть подходящий резонанс, 7.65МэВ. Тогда гелий успеет прилепиться, пока берилий не распался. Взял отпуск и поехал в Америку к Фаулеру (Фаулер экспериментатор был), чтобы тот проверил. Потому что писатель своими руками может только писать, а проверить ничего не может.
Хойл спрашивает Фаулера: слушай, Фаулер, у углерода есть резонанс на 7.65 МэВ?
Фаулер говорит: нету, мы уже смотрели в нашей лаборатории.
Хойл говорит: должен быть, вы его про... пустили как-то.
Фаулер говорит: ты, Хойл, псих. Откуда ты знаешь? Резонанс сложных ядер никто посчитать не может, и через 50 лет на суперкомпьютерах не смогут, если только еще потом, когда квантовые сделают. У нас и теории-то нет подходящей, хромодинамику не придумали еще.
Хойл говорит: ты, Фаулер, из чего сделан? Из углерода. Частично. Раз ты есть, то и углерод есть. А если углерод есть, то и резонанс на 7.65МэВ должен быть. Иначе нас бы тут не было. Логично?
Фаулер говорит: Хойл, ты точно псих. Ладно, проверю, а то я тебя опасаюсь уже.
И десять дней проверял.
А потом говорит: ну, Хойл, ты колдун. И правда, есть резонанс. Ровно 7.65МэВ.
А Хойл говорит: антропный принцип же. Раз мы существуем, то и резонанс должен быть точно в нужном месте. Я же говорил. И поднял вверх указательный палец.
Тогда стало понятно: либо Бог этот резонанс на 7.65МэВ в нужном месте поместил, либо вселенных много, а мы в такой вселенной живем, в которой звезды есть. И углерод в них образуется. А в других вселенных, где либо звезд нет, либо резонанс не в том месте, нас нету. И в них, в этих вселенных, некому об этом разговаривать.
В общем, со вселенными, как с планетой подходящей: если их сто тыщ триллионов, то где-нибудь да повезёт.
И физики придумали массу вариантов мультиверсов, выбирай по вкусу:
Хаотическая инфляция.
Случайные квантовые флуктуации скалярного поля (какого - это пока хз, но для научной солидности назвали эту штуку инфлатоном) с последующим раздуванием. Каждая вселенная - отдельный пузырёк в бесконечном поле инфлатона. Наблюдениями WMAP и Plank подтверждается, физических, математических, экспериментальных и наблюдательных противоречий пока не обнаружено.
Струнный ландшафт.
Порождение М-Монстра. Теория струн размножилась в пяти экземплярах, они все впятером взаимооплодотворились с супергравитацией и родили М-теорию, та родила браны и потоки. Тем временем выяснилось, что 11-мерных многообразий Калаби-Яу, в которых оперирует М-теория, много. Очень много, просто дофига. В 11-мерном пространстве много разнообразных 5-ти, 6-ти других N-мерных дырок, сквозь которые лезут эти самые потоки. В общем, прикинули и получилось около 10500 комбинаций дырок и потоков. И каждая комбинация соответствует своей вселенной, со своими физическими законами и константами.
Хаотическая инфляция с туннелированием.
К хаотической инфляции прикрутили струнный ландшафт и возможность квантового туннелирования из одного минимума в другой. В итоге получилось, что никакого инфлатона и не нужно вовсе, а пузырёк новый вселенной может образоваться прямо внутри уже существующей. Что не может не тревожить.
Лоскутная вселенная.
Хаотическая инфляция показывает забавный математический фокус: каждый образовавшийся пузырёк новой вселенной снаружи имеет конечный размер, а внутри - бесконечен в пространстве. Патамушта граница пузырька с точки зрения ОТО похожа на горизонт событий Чорной Дыры - радиальная пространственная ось и временная ось меняются местами. В итоге любая область вселенной будет повторена в ней бесконечное количество раз. Ибо число возможных квантовых состояний даже самой здоровенной области конечно, а размер пузырька-вселенной изнутри (не снаружи!) - бесконечен.
Миры на бранах.
Тоже порождение М-Монстра. Теория струн развивалась в 10-мерном пространстве (время + 3 нормальных пространственных измерения + 6 скрученных до планковского размера). Потому что при любом другом количестве измерений в теории вылезали всякие математические гадости. А потом пришел Виттен и сказал: ну и дураки вы все. Вы для проверки использовали теорию возмущений, а точные непертурбативные методы говорят, что одно измерение вы про..., ну - прозевали. И их, измерений, 11, а не 10, как вы, дураки, раньше думали. А кроме одномерных струн есть и многомерные браны. А брана с тремя пространственными измерениями и одним временным это что? Правильно, наша вселенная. Вот каждая брана и есть вселенная. Причем не факт, что четырёхмерная.
Эвереттовская мультивселенная.
Долгое время люди не понимали: как электрон может одновременно пролетать через две дырки? А потом Бор сказал: и не надо понимать. Вот вам волновая функция. Шредингер для нее даже уравнение написал. Только учтите, что она существует, пока вы на нее не посмотрели. Как только посмотрели - всё, нету ее, сколлапсировала в электрон. Или фотон. Или кота. А с какой вероятностью тут появится электрон, это от бывшей волновой функции зависит, то есть от квадрата модуля ее трупа. Короче, думать не надо, болтать тоже не надо, вот вам формулы, заткнись и вычисляй. К тому же потом пришел Фейнман и тоже сказал: ну и дураки вы все. И Шредингер дурак, через его уравнение фиг что посчитаешь. Надо по-другому: считать, что электрон попадает из точки А в точку Б всеми возможными путями, а потом все пути сложить. Но, конечно, понарошку, вы же не думаете, что один электрон и вправду разными путями до экрана добирается? Ха-ха-ха. Все так и стали делать, кроме Хью Эверетта III (почему у него номер, как у феодальных королей, я не в курсе).
Ему это не понравилось, он так подумал: а с чего волновой функции исчезать, когда я на нее посмотрю? Чем я, кроме ума и размера, отлючаюсь от электрона? Ничем. И почему бы электрону и вправду не добираться из точки А в точку Б разными путями.
Но!
В разных вселенных. В одной так, в другой - по-другому. И вообще - каждое квантовое событие разветвляет мир: в одном мире так получилось, а другом иначе. В одной вселенной кот в ящике жив, а другой помер. И написал об этом диссертацию. А Уилер (учитель его) прочитал и говорит - молодец! Поеду покажу Бору. И показал. А Бор говорит: ерунда, слишком дофига вселенных получается. И все его послушались, и тоже сказали: ерунда. А потом Бор помер, и слушаться стало некого и незачем. Дойч с Де Виттом допилили слегка Эвереттовскую диссертацию по части интерпретации вероятностей, и всем понравилось. И сейчас нравится больше, чем половине физиков. А Бор с Борном - меньше, чем половине. А Дойч обиделся, что ему раньше не верили, и изобрёл квантовый компьютер (который придумал Фейнман, но это неважно) и сказал, что он такой быстрый патамушта работает во многих вселенных одновременно.
Хокинговская волновая функция вселенной.
Уравнение Шредингера (и его детки) описывает эволюцию волновой функции для отдельных частиц. Хокинг подумал: а чего мелочиться? И придумал волновую функцию для всей вселенной. А Уилер и Де Витт придумали для нее уравнение. Живет и трудится эта функция в пространстве всех возможных вселенных. И даже позволяет перескакивать из одной в другую, хотя и очень неохотно.
Квазизамкнутые миры.
Киевлянин Фомин посчитал, что за счет дискретности пространства-времени на планковском масштабе, каждый пространственный узел (квазизамкнутый мир) может туннелировать в полноценную вселенную. При космологической постоянной 10-122 наша вселенная уже успела породить примерно 140 деток.
Математически возможные миры.
Макс Тегмарк подумал: маловато вселенных. И сказал: а пусть всему, что придумали математики, соответствует своя реальная вселенная. И для всего, что в будущем придумают. И для того, что могли бы придумать, но не придумали. Это очень удобно.
Некоторые модели (например, хаотическая инфляция) сейчас практически мейнстрим, некоторые (эвереттовская модель) если не мейнстрим, то где-то рядом, некоторые (математические миры) воспринимаются как шиза, but who knows...
Макс Тегмарк классифицирует этот зоопарк по четырём категориям:
1. Та же фигня, что и у нас, но очень далеко, не доберёшься. Это лоскутная вселенная, хаотическая инфляция в классическом варианте.
2. Другая фигня, не как у нас. Другие физические законы, другие константы. Это хаотическая инфляция с туннелированием + струнный ландшафт, миры на бранах, квазизамкнутые миры.
3. Эвереттовщина. Собственно интерпретация Эверетта с весовыми коэффициентами, она же с вероятностями Дойча и Уоллеса, волновая функция вселенной (уравнение Уилера-Де Витта).
4. Все математически возможные миры - собственное изобретение Тегмарка, это нужно только под веществами комментировать.
Один то ли писатель, то ли физик, то ли астроном написал книжку про астрономию.
И принес ее Наполеону, похвастаться.
А Наполеон спрашивает: слушай, Лаплас (его Лапласом звали). А где у тебя бог-то, в твоей книжке?
Лаплас говорит, с достоинством: а я в этом мракобесии не нуждаюсь, у меня и без бога всё отлично работает. Звёзды висят, планеты крутятся, вот формулы.
Тогда Наполеон спрашивает: а как ты без бога объяснишь, почему нам так с планетой повезло? Смотри: крутится ровно на нужном расстоянии, чтобы климат был подходящий. Причем почти по кругу, а не по эллипсу какому-нибудь. Луна, опять же: прецессию оси не допускает, вращение стабилизирует. Юпитер почти все кометы и астероиды высосал, как пылесосом. Солнце у нас очень подходящего спектрального класса.
Почему мы с тобой сейчас в Париже разговариваем, а не на Плутоне каком-нибудь?
Лаплас ему отвечает: ты, Наполеон, сам подумай. Планета у нас, конечно, очень годная. И климат, и Луна, и Юпитер, и магнитное поле, и много чего еще. Но ведь планет этих - как гуталина на гуталиновой фабрике. У одного Солнца почти десяток, а в галактике этих солнц - за сотню миллиардов, и галактик в поле зрения тоже за сотню миллиардов. И это я еще молчу, что там за космологическим горизонтом еще миллиарды раз по столько же. Если их триллионы, этих планет, то хоть на каких-то должен быть курорт? Раз мы здесь с тобой разговариваем - значит, эта планета для нас и выпала в космической лотерее. На Меркурии, небось, не очень-то поговорили бы. Назову эту годную мысль так: антропный принцип. Раз уж мы здесь, значит, все условия для этого совпали. Не могли не совпасть. Иначе некому было бы разговаривать.
А Наполеон тогда говорит: ты, Лаплас, хитрый, но дурак. С планетами ты здорово выкрутился, их и правда много. Но вселенная-то одна. И в ней, в этой вселенной, таких совпадений тоже навалом. Чуть тронь гравитационную постоянную - звезды или не зажгутся, или погаснут сразу. С сильным взаимодействием та же фигня. Постоянную тонкой структуры слегка поменяй - молекул не будет. А если бы протон на полпроцента тяжелее был, так и атомов бы не было никаких. Неоднородность распределения вещества во вселенной чуть сдвинь - либо галактик не будет, либо в черную дыру всё свалится. Еще перечислять?
Лаплас говорит: упс. Действительно, странно. Назову это проблемой тонкой настройки.
И ушел грустный.
А потом, в 1953г, еще такая история случилась.
Один писатель, астроном по совместительству, Фред Хойл, размышлял откуда всё взялось. В смысле, разные атомы. Вначале-то только водород был, поменьше гелия и совсем немножко лития. Это другой писатель, физик по совместительству, Джордж Гамов, уже выяснил, когда Биг Банг придумал. А углерод откуда взялся? Или, скажем, натрий.
Тогда Хойл сообразил: в звёздах же.
И стал считать.
То есть складывать ядра из нуклонов.
Бериллий с бором у него легко получились, а вот углерод никак. Его надо из трех гелиев складывать, но для этого они должны все втроем одновременно столкнуться. Посчитал вероятность - не получается. Тогда он решил углерод из бериллия-8 сделать. Прилепить к нему гелий-4, получится как раз углерод-12. Опять не выходит: бериллий-8 долго не живет, сразу разваливается. Не успевает к нему гелий прилепиться.
Тогда Хойл говорит: здесь должен быть подземный ход у углерода должен быть подходящий резонанс, 7.65МэВ. Тогда гелий успеет прилепиться, пока берилий не распался. Взял отпуск и поехал в Америку к Фаулеру (Фаулер экспериментатор был), чтобы тот проверил. Потому что писатель своими руками может только писать, а проверить ничего не может.
Хойл спрашивает Фаулера: слушай, Фаулер, у углерода есть резонанс на 7.65 МэВ?
Фаулер говорит: нету, мы уже смотрели в нашей лаборатории.
Хойл говорит: должен быть, вы его про... пустили как-то.
Фаулер говорит: ты, Хойл, псих. Откуда ты знаешь? Резонанс сложных ядер никто посчитать не может, и через 50 лет на суперкомпьютерах не смогут, если только еще потом, когда квантовые сделают. У нас и теории-то нет подходящей, хромодинамику не придумали еще.
Хойл говорит: ты, Фаулер, из чего сделан? Из углерода. Частично. Раз ты есть, то и углерод есть. А если углерод есть, то и резонанс на 7.65МэВ должен быть. Иначе нас бы тут не было. Логично?
Фаулер говорит: Хойл, ты точно псих. Ладно, проверю, а то я тебя опасаюсь уже.
И десять дней проверял.
А потом говорит: ну, Хойл, ты колдун. И правда, есть резонанс. Ровно 7.65МэВ.
А Хойл говорит: антропный принцип же. Раз мы существуем, то и резонанс должен быть точно в нужном месте. Я же говорил. И поднял вверх указательный палец.
Тогда стало понятно: либо Бог этот резонанс на 7.65МэВ в нужном месте поместил, либо вселенных много, а мы в такой вселенной живем, в которой звезды есть. И углерод в них образуется. А в других вселенных, где либо звезд нет, либо резонанс не в том месте, нас нету. И в них, в этих вселенных, некому об этом разговаривать.
В общем, со вселенными, как с планетой подходящей: если их сто тыщ триллионов, то где-нибудь да повезёт.
И физики придумали массу вариантов мультиверсов, выбирай по вкусу:
Хаотическая инфляция.
Случайные квантовые флуктуации скалярного поля (какого - это пока хз, но для научной солидности назвали эту штуку инфлатоном) с последующим раздуванием. Каждая вселенная - отдельный пузырёк в бесконечном поле инфлатона. Наблюдениями WMAP и Plank подтверждается, физических, математических, экспериментальных и наблюдательных противоречий пока не обнаружено.
Струнный ландшафт.
Порождение М-Монстра. Теория струн размножилась в пяти экземплярах, они все впятером взаимооплодотворились с супергравитацией и родили М-теорию, та родила браны и потоки. Тем временем выяснилось, что 11-мерных многообразий Калаби-Яу, в которых оперирует М-теория, много. Очень много, просто дофига. В 11-мерном пространстве много разнообразных 5-ти, 6-ти других N-мерных дырок, сквозь которые лезут эти самые потоки. В общем, прикинули и получилось около 10500 комбинаций дырок и потоков. И каждая комбинация соответствует своей вселенной, со своими физическими законами и константами.
Хаотическая инфляция с туннелированием.
К хаотической инфляции прикрутили струнный ландшафт и возможность квантового туннелирования из одного минимума в другой. В итоге получилось, что никакого инфлатона и не нужно вовсе, а пузырёк новый вселенной может образоваться прямо внутри уже существующей. Что не может не тревожить.
Лоскутная вселенная.
Хаотическая инфляция показывает забавный математический фокус: каждый образовавшийся пузырёк новой вселенной снаружи имеет конечный размер, а внутри - бесконечен в пространстве. Патамушта граница пузырька с точки зрения ОТО похожа на горизонт событий Чорной Дыры - радиальная пространственная ось и временная ось меняются местами. В итоге любая область вселенной будет повторена в ней бесконечное количество раз. Ибо число возможных квантовых состояний даже самой здоровенной области конечно, а размер пузырька-вселенной изнутри (не снаружи!) - бесконечен.
Миры на бранах.
Тоже порождение М-Монстра. Теория струн развивалась в 10-мерном пространстве (время + 3 нормальных пространственных измерения + 6 скрученных до планковского размера). Потому что при любом другом количестве измерений в теории вылезали всякие математические гадости. А потом пришел Виттен и сказал: ну и дураки вы все. Вы для проверки использовали теорию возмущений, а точные непертурбативные методы говорят, что одно измерение вы про..., ну - прозевали. И их, измерений, 11, а не 10, как вы, дураки, раньше думали. А кроме одномерных струн есть и многомерные браны. А брана с тремя пространственными измерениями и одним временным это что? Правильно, наша вселенная. Вот каждая брана и есть вселенная. Причем не факт, что четырёхмерная.
Эвереттовская мультивселенная.
Долгое время люди не понимали: как электрон может одновременно пролетать через две дырки? А потом Бор сказал: и не надо понимать. Вот вам волновая функция. Шредингер для нее даже уравнение написал. Только учтите, что она существует, пока вы на нее не посмотрели. Как только посмотрели - всё, нету ее, сколлапсировала в электрон. Или фотон. Или кота. А с какой вероятностью тут появится электрон, это от бывшей волновой функции зависит, то есть от квадрата модуля ее трупа. Короче, думать не надо, болтать тоже не надо, вот вам формулы, заткнись и вычисляй. К тому же потом пришел Фейнман и тоже сказал: ну и дураки вы все. И Шредингер дурак, через его уравнение фиг что посчитаешь. Надо по-другому: считать, что электрон попадает из точки А в точку Б всеми возможными путями, а потом все пути сложить. Но, конечно, понарошку, вы же не думаете, что один электрон и вправду разными путями до экрана добирается? Ха-ха-ха. Все так и стали делать, кроме Хью Эверетта III (почему у него номер, как у феодальных королей, я не в курсе).
Ему это не понравилось, он так подумал: а с чего волновой функции исчезать, когда я на нее посмотрю? Чем я, кроме ума и размера, отлючаюсь от электрона? Ничем. И почему бы электрону и вправду не добираться из точки А в точку Б разными путями.
Но!
В разных вселенных. В одной так, в другой - по-другому. И вообще - каждое квантовое событие разветвляет мир: в одном мире так получилось, а другом иначе. В одной вселенной кот в ящике жив, а другой помер. И написал об этом диссертацию. А Уилер (учитель его) прочитал и говорит - молодец! Поеду покажу Бору. И показал. А Бор говорит: ерунда, слишком дофига вселенных получается. И все его послушались, и тоже сказали: ерунда. А потом Бор помер, и слушаться стало некого и незачем. Дойч с Де Виттом допилили слегка Эвереттовскую диссертацию по части интерпретации вероятностей, и всем понравилось. И сейчас нравится больше, чем половине физиков. А Бор с Борном - меньше, чем половине. А Дойч обиделся, что ему раньше не верили, и изобрёл квантовый компьютер (который придумал Фейнман, но это неважно) и сказал, что он такой быстрый патамушта работает во многих вселенных одновременно.
Хокинговская волновая функция вселенной.
Уравнение Шредингера (и его детки) описывает эволюцию волновой функции для отдельных частиц. Хокинг подумал: а чего мелочиться? И придумал волновую функцию для всей вселенной. А Уилер и Де Витт придумали для нее уравнение. Живет и трудится эта функция в пространстве всех возможных вселенных. И даже позволяет перескакивать из одной в другую, хотя и очень неохотно.
Квазизамкнутые миры.
Киевлянин Фомин посчитал, что за счет дискретности пространства-времени на планковском масштабе, каждый пространственный узел (квазизамкнутый мир) может туннелировать в полноценную вселенную. При космологической постоянной 10-122 наша вселенная уже успела породить примерно 140 деток.
Математически возможные миры.
Макс Тегмарк подумал: маловато вселенных. И сказал: а пусть всему, что придумали математики, соответствует своя реальная вселенная. И для всего, что в будущем придумают. И для того, что могли бы придумать, но не придумали. Это очень удобно.
Некоторые модели (например, хаотическая инфляция) сейчас практически мейнстрим, некоторые (эвереттовская модель) если не мейнстрим, то где-то рядом, некоторые (математические миры) воспринимаются как шиза, but who knows...
Макс Тегмарк классифицирует этот зоопарк по четырём категориям:
1. Та же фигня, что и у нас, но очень далеко, не доберёшься. Это лоскутная вселенная, хаотическая инфляция в классическом варианте.
2. Другая фигня, не как у нас. Другие физические законы, другие константы. Это хаотическая инфляция с туннелированием + струнный ландшафт, миры на бранах, квазизамкнутые миры.
3. Эвереттовщина. Собственно интерпретация Эверетта с весовыми коэффициентами, она же с вероятностями Дойча и Уоллеса, волновая функция вселенной (уравнение Уилера-Де Витта).
4. Все математически возможные миры - собственное изобретение Тегмарка, это нужно только под веществами комментировать.