Космическое замешательство: разговоры о мультивселенных и больших ошибках в астрофизике

Теория мультивселенной

Физики на Всемирном фестивале науки в Нью-Йорке обсуждали, как теория мультивселенной может помочь или помешать поиску научного объяснения того, почему наша Вселенная может поддерживать жизнь. (Изображение предоставлено: Shutterstock / Виктор Хаббик)



«Я хотел бы поговорить об очень серьезном затруднении», - сказал Марио Ливио, известный ученый и писатель, на панели на Всемирном фестивале науки в Нью-Йорке в прошлом месяце.



Вместе с тремя другими выдающимися астрофизиками в группе, Ливио углубился в одну из самых запутанных (и смущающих) проблем современной астрофизики, что привело к дискуссии о том, может ли наша Вселенная быть только одной из бесконечное количество мультивселенных - и хороша ли теория мультивселенной для науки или нет.

Смущение, о котором говорит Ливио, иногда называют катастрофой вакуума. По наблюдениям Ливио, действительно пустое пространство, высосанное из воздуха или частиц, все еще имеет присущую ему энергию. Но когда ученые используют теории квантовой механики, чтобы попытаться вычислить эту энергию вакуума, их результаты отличаются от результатов измерений примерно на 120 порядков, или на цифру 1, за которой следует 120 нулей. [ 7 удивительных фактов о Вселенной ]



«Это большое число даже в астрономии», - сказал Ливио. «Специально за неточность».

Один из участников дискуссии, Джош Фриман, заметил, насколько тревожной является эта ошибка.

«Чтобы сделать такую ​​большую математическую ошибку, вы знаете, что вам действительно нужно над этим потрудиться. Это непросто, - сказал Фриман, старший научный сотрудник Национальной ускорительной лаборатории Ферми и нынешний директор лаборатории. Обзор темной энергии .



По словам Ливио, даже за счет внесения определенных корректировок физики смогли уменьшить ошибку только примерно до 55 порядков.

Участник дискуссии Адам Рисс, профессор космических исследований в Университете Джона Хопкинса и астроном из Научного института космического телескопа, добавил, что если бы расчетное значение энергии вакуума было верным, то ускорение было бы настолько сильным, что оно разорвалось бы на части. галактики, звезды, планеты, прежде чем что-либо сформировалось, - сказал Рис. «Итак, само наше существование говорит нам о том, что этот расчет в высшей степени неточен».

Но откуда взялась такая поразительно большая ошибка? Пока что, по словам участников дискуссии, ученые в тупике.



«Есть разные возможности, - сказал Ливио. «Одна из возможностей состоит в том, что мы вообще не знаем, как рассчитать энергию вакуума. Или, может быть, даже энергия вакуума это даже не то, что можно вычислить из первых принципов ».

«Затем люди пришли к […] предположению, что на самом деле существует не одна вселенная, а мультивселенная. Существует огромный ансамбль вселенных ».

Причина, по которой мультивселенная может решить эту проблему, заключается в том, что она может предполагать, что энергия вакуума является «случайной величиной», - сказал Ливио. Это означает, что это не вытекает из физического принципа, который могут понять ученые, а, скорее, он был определен случайным образом. Если существует много, много других вселенных (возможно, бесконечное число), тогда с созданием такого количества вселенных переменные могут немного измениться для каждой из них. (Существуют разные теории «мультивселенной», и некоторые из них не обязательно включают бесконечное количество других вселенных.)

Если какая-то версия теории мультивселенной верна, то тот факт, что наша Вселенная пригодна для жизни, является всего лишь продуктом статистики: если создается достаточно вселенных, по крайней мере в одной из них обязательно будет правильная комбинация факторов для жизни.

: Ученые теперь знают, что планеты - общая черта нашей Вселенной; Может ли существовать множество других вселенных?

: Ученые теперь знают, что планеты - общая черта нашей Вселенной; Может ли существовать множество других вселенных?(Изображение предоставлено NASA / JPL-Caltech)

Приямвада Натараджан, профессор астрономии и физики Йельского университета, изучающая экзотические вещества во Вселенной, подчеркнула, что колода кажется сложенной против вселенной, гостеприимной для жизни.

«Дело в том, что вам нужно около шести цифр, чтобы описать все свойства нашей вселенной - прошлое, настоящее, будущее. И мы можем измерить [эти числа] с разной степенью точности. И если бы какое-либо из этих чисел на самом деле хоть немного отличалось от того, что мы измеряем, тогда жизнь была бы невозможна », - сказал Натараджан. «Так что есть настоящая проблема с тонкой настройкой. […] Все должно быть именно так, чтобы была вселенная, которая есть у нас ».

Так почему же наша Вселенная оказалась с идеальным набором переменных? Есть ли физическая причина, которую ученые могут обнаружить и описать математически?

Или наша Вселенная - всего лишь одна из возможных мультивселенных, определяемая броском игральных костей?

«Эта возможность повышает кровяное давление у многих физиков», - сказал Ливио. «Другие думают, что это единственный выход». [ 5 главных причин, по которым мы можем жить в мультивселенной | Скрытые вселенные ]

Мультивселенная, объясняющая несоответствие энергии вакуума, является примером того, что называется антропным принципом, сказал Фриман. Этот философский аргумент является несколько замкнутым и по существу утверждает, что рост живых существ в этой вселенной кажется замечательным только потому, что живые существа находятся там, чтобы наблюдать за ним. Помимо этого, принцип отвергает поиск причины, по которой эта вселенная была настроена для жизни.

«Мы с коллегами называем это словом« А », - сказал Фриман. «И [это] может быть объяснением того, почему энергия вакуума так мала. На мой взгляд, проблема этого подхода в том, что он отвлекает вас от поиска основанных на физике подходов к проблемам ».

В истории науки есть примеры, когда люди использовали антропный подход к проблеме, но затем находили физическое объяснение.

'Я думаю даже [Стивен Хокинг сам назвал это «советом отчаяния», - сказал Фриман. «Потому что, по сути, вы говорите, что мы никогда не найдем физического объяснения этому».

Однако в некоторых случаях антропный принцип также оказался верным.

Один пример идет параллельно с вопросом о том, почему Вселенная пригодна для поддержания жизни: почему Земля пригодна для поддержания жизни?

«Почему [находятся] между Солнцем и Землей 93 миллиона миль? Это такое большое количество. Это дает нам воду и облегчает жизнь », - сказал Рис.

Есть ли фундаментальное физическое объяснение того, почему Земля приземлилась в этом великом месте? Или это был просто удачный бросок кубика?

Благодаря относительно недавнему открытию тысячи экзопланет Ученые знают, что это последнее - с таким количеством экзопланет во Вселенной, некоторые из них, вероятно, получат все условия, подходящие для жизни.

Рисс утверждал, что, поскольку у нас нет такого же понимания Вселенной, как у экзопланет, было бы преждевременно говорить о том, что объяснение мультивселенной является правильным.

«Но меня больше беспокоит то, что […] мы теряем связь с объяснением нашего мира», - сказал он. «Потому что это почти то же самое, что в этот момент вызвать божество, чтобы сказать:« Ну, они просто сделали это правильно ». Вы не можете понять их мысли. Вы просто говорите, что они этого хотели ».

Но Натараджан предложила иную интерпретацию.

«Одна из причин, почему мне действительно нравится аргумент о мультивселенной, в том, что на самом деле нет места для свободы воли, божеств или чего-то подобного», - сказала она. «Я должен сказать, что лично меня не смущает идея мультивселенной». [Ученые обсуждают мультивселенную теории инфляции]

Натараджан предложил другую альтернативу тому, почему энергия вакуума может быть неисчислимой.

«Другая возможность - это немного более скромный подход, который заключается в том, почему у нас на самом деле должен быть когнитивный аппарат, чтобы все понимать?» она сказала. «Это еще одна аргументация».

«Но дело в том, что мы не перестали работать с темной материей или темной энергией или выяснять космологическую постоянную из-за этого потенциального объяснения мультивселенной», - продолжил Натараджан. «Значит, это нас не остановит».

Фриман согласился и отметил, что «проблема 120 порядков величины была известна с самого начала квантовой механики». Он предшествовал открытию темной материи и темной энергии, и ученые все еще ищут решение.

Наша вселенная только одна из многих

Наша вселенная - лишь одна из многих вселенных-пузырей? Участники дискуссии обсудили, почему ученые думают, что это возможно, на Всемирном фестивале науки 2015 года в Нью-Йорке.(Изображение предоставлено: Flickr / Maciek Bielec, CC BY-NC-SA)

Натараджан завершил обсуждение, отметив, что в настоящее время ученые, изучающие Вселенную, находятся «в очень неловкой ситуации», когда им удалось многое узнать о темной материи и темной энергии, но при этом упускаются некоторые очень фундаментальные части головоломки. например, знание того, из каких частиц состоит темная материя.

«Поэтому я думаю, что мы должны быть открыты для всех спекуляций, учитывая неловкую ситуацию, в которой мы оказались».

Следуй за Каллой Кофилд @callacofield .Подписывайтесь на нас @Spacedotcom , Facebook а также Google+ . Оригинальная статья о guesswhozoo.com .