Около 600 года до нашей эры в Милете — древнегреческом городе, расположенном на территории современной Турции — жил философ Анаксимандр. Он представлял милетскую школу натурфилософии и был учеником Фалеса. Позднее он сменил своего наставника в роли главы школы. Среди его учеников числились Анаксимен, а возможно, и Пифагор.
Согласно сохранившимся источникам, Анаксимандр стал первым философом, который зафиксировал свои идеи в письменном виде. Однако до наших дней дошёл лишь один фрагмент его текста.
Анаксимандр первым предложил концептуальную модель устройства мира. В его представлении Земля неподвижно расположена в центре «бесконечного» пространства, не опираясь ни на какую поддержку. Она сохраняет своё положение «из-за равнодушия», как это позднее охарактеризовал Аристотель в трактате «О небесах», называя такое объяснение гениальным. Земля, по мнению Анаксимандра, имеет форму цилиндра, высота которого составляет треть диаметра. Верхняя плоская поверхность, по его гипотезе, представляет собой обитаемый мир.
Помимо модели Земли, Анаксимандр выдвинул идеи о строении всей Вселенной. Как известно из трудов Симпликия Киликийского, цитировавшего Анаксимандра, философ размышлял о существовании множества миров. Он утверждал, что миры могут возникать и исчезать, а процесс их зарождения и разрушения непрерывен. По мнению философа, движение — это необходимое условие существования: «ибо без движения не может быть ни порождения, ни уничтожения».
Является ли данное утверждение первой формой гипотезы о мультивселенной — вопрос, не имеющий однозначного ответа. Тем не менее, идея множественности миров обсуждалась человечеством на протяжении веков в различных научных и философских направлениях.
Современные научные подходы продолжают развивать эту концепцию в рамках космологии, физики и философии. Некоторые исследователи считают гипотезу мультивселенной философской, поскольку она не поддаётся эмпирической проверке. В физическом сообществе существуют как сторонники, так и критики данной идеи. Несмотря на попытки проанализировать наблюдаемые данные в поисках подтверждений существования иных вселенных, убедительных доказательств получено не было. Критики указывают на недостаток фальсифицируемости, что затрудняет признание теории мультивселенной в рамках научного метода, а также подчёркивают наличие нерешённых метафизических вопросов.
В контексте мультивселенной используются различные термины: «параллельные вселенные», «альтернативные миры», «дочерние и родительские вселенные», «многие миры». Одной из популярных моделей является представление мультивселенной как совокупности изолированных вселенных, объединённых общими законами физики.
При обсуждении данной темы уместно упомянуть антропный принцип, который даёт возможное объяснение тому, почему физические параметры нашей Вселенной настроены именно таким образом, что способствуют возникновению разумной жизни. Согласно слабому варианту антропного принципа, наша Вселенная — лишь одна из немногих, в которой возможны условия, благоприятные для жизни.
В пределах нашей Вселенной фундаментальные физические законы изучены достаточно подробно. Стандартная модель описывает взаимодействие элементарных частиц и полей, охватывая электромагнитное, слабое и сильное ядерное взаимодействия. Она включает кварки, лептоны и бозоны. Теория относительности Эйнштейна объясняет гравитацию, от динамики чёрных дыр до расширения Вселенной и гравитационных волн.
Известны и составляющие нашей Вселенной:
- Кварки и лептоны, включая электрон, нейтрино, а также составляющие протоны и нейтроны;
- Бозоны, обеспечивающие фундаментальные взаимодействия: фотон, W- и Z-бозоны, глюоны, бозон Хиггса;
- Неизвестная субстанция, предположительно ответственная за массу галактик — тёмная материя;
- Иная форма энергии, обусловливающая ускоренное расширение Вселенной, известная как «тёмная энергия» или космологическая постоянная.
Обладая этими знаниями и сведениями о начальных условиях — таких как высокая температура и плотность, начальное равномерное распределение вещества и энергии, а также наличие первичных флуктуаций плотности после инфляционного расширения — учёные способны прогнозировать развитие Вселенной. Эти предсказания лежат в основе современной космологии и стали одним из значимых достижений астрофизики конца XX — начала XXI века.
Однако одних физических законов и компонент недостаточно. В уравнения, описывающие эволюцию Вселенной, входят также важные параметры:
- Константы взаимодействий: сильного, слабого, электромагнитного и гравитационного. Например, значение константы тонкой структуры (приблизительно 1/137) определяет силу электромагнитного взаимодействия.
- Массы покоя фундаментальных частиц — от нейтрино до кварков и лептонов — которые зависят от взаимодействия с полем Хиггса. Изменение массы, например электрона, могло бы привести к совершенно иному устройству Вселенной.
- Параметры смешивания между кварками (см. матрица CKM) и нейтрино (см. матрица PMNS), объясняющие явления слабых распадов и нейтринных осцилляций.
- Космологическая постоянная — параметр, определяющий плотность энергии вакуума и, возможно, природу тёмной энергии.
В современной физике насчитывается 26 фундаментальных физических констант — и это число не включает такие явления, как тёмная материя, бариогенезис, а также параметры, относящиеся к инфляционной стадии ранней Вселенной. Эти константы необходимы для корректного описания физических процессов, наблюдаемых в природе. Малейшее изменение их значений могло бы привести к формированию совершенно иной Вселенной, с отличающимися законами и, возможно, без возможности существования сложных структур, включая разумную жизнь.
Согласно современным представлениям, эти величины являются неизменными как во времени, так и в пространстве. Они считаются универсальными и постоянными, без каких-либо наблюдаемых вариаций. Возникает вопрос: возможно ли определить их значения на основе каких-либо первичных условий или теоретических предпосылок?
На текущем этапе развития науки у нас отсутствует механизм, позволяющий предсказать численные значения этих констант. Нет известных математических или физических соотношений, которые бы позволяли вывести их значения из более фундаментальных принципов. Хотя предлагались различные гипотезы и эмпирические формулы, ни одна из них не продемонстрировала достаточной точности или согласованности с экспериментальными данными.
Единственный способ получить достоверные значения этих параметров — это эмпирическое измерение. Мы определяем их экспериментально, проводя точные измерения в лабораторных условиях или с помощью астрофизических наблюдений. Несмотря на достигнутую высокую точность, всё ещё остаётся открытым вопрос: почему именно такие значения реализованы в природе?
Следует подчеркнуть, что само по себе совпадение между условиями, необходимыми для существования жизни, и реальными значениями физических параметров, не обязательно означает наличие осознанной настройки. В природе существует множество явлений, чьё происхождение может казаться маловероятным, но тем не менее они объясняются естественными, стохастическими процессами без необходимости привлечения внешних факторов.
В контексте вопроса «Почему фундаментальные параметры именно такие, какими они являются?», одним из возможных ответов, основанных на антропном принципе, является следующий: «Потому что только во Вселенной с такими параметрами могла возникнуть разумная жизнь, способная наблюдать и измерять эти величины».
Идея Мультивселенной нередко воспринимается как выходящая за пределы научного подхода, поскольку мы не можем получить прямую информацию о реальностях, находящихся за пределами нашей наблюдаемой Вселенной. Тем не менее, гипотеза Мультивселенной может быть логическим следствием современных научных теорий. Для её обоснования необходимо выполнение всего двух условий:
- Космическая инфляция действительно имела место и соответствовала существующим теоретическим моделям, предшествуя Большому взрыву и инициируя его.
- Инфляционное поле, как и любые другие физические поля, подчиняется квантовым законам, аналогичным тем, которые описывают поведение всех известных квантовых систем.
Инфляционная теория предполагает, что до того момента, как Вселенная стала горячей, плотной и насыщенной веществом и излучением, она находилась в особом состоянии, при котором преобладала энергия, связанная непосредственно с самим пространством. Это состояние можно охарактеризовать как наличие высокоэнергетической вакуумной энергии. В отличие от современной тёмной энергии, обладающей крайне низкой плотностью — порядка одного протона на кубический метр, — плотность энергии в эпоху инфляции была колоссальной: примерно в 1025 раз выше текущей плотности тёмной энергии.
Согласно общей теории относительности, именно плотность энергии определяет скорость космологического расширения. Следовательно, в инфляционный период скорость расширения пространства была не только исключительно высокой, но и практически неизменной. Пространство увеличивалось экспоненциально, и этот процесс не замедлялся.
В отдельных областях Вселенной инфляция завершалась, уступая место фазе горячего Большого взрыва. Эти участки расширялись гораздо медленнее по сравнению с остальной частью пространства, продолжавшей экспоненциальное расширение. Такие регионы становятся изолированными и отдаляются друг от друга с высокой скоростью, формируя независимые «вселенные».
Даже при бесконечном количестве областей, где инфляция завершилась, число продолжающих инфляционное расширение регионов остаётся ещё более обширным. Пространственные участки, в которых инфляция прекратилась и произошёл Большой взрыв, остаются причинно несвязанными из-за наличия между ними инфляционных промежутков.
Таким образом, если каждый эпизод горячего Большого взрыва произошёл внутри определённого «пузыря» Вселенной, то такие пузыри не могут взаимодействовать друг с другом. Со временем количество таких несвязанных пузырей увеличивается, при этом они навсегда остаются разделёнными расширяющимся пространством.
Это приводит к выводу, что концепция мультивселенной логически вытекает из инфляционной модели. Именно по этой причине большинство исследователей космологии рассматривает существование мультивселенной как следствие инфляционного сценария.
В 2015 году астрофизик предложил возможные свидетельства существования альтернативных вселенных, анализируя реликтовое излучение, оставшееся после ранних этапов эволюции Вселенной. Доктор Ранга-Рам Чари, исследовав спектр космического микроволнового фона, зафиксировал аномальный сигнал, интенсивность которого превышала ожидаемое значение в 4500 раз. Это отклонение не согласуется с известным соотношением протонов и электронов в ранней Вселенной. Зафиксированная эмиссионная линия, относящаяся к эпохе рекомбинации, указывает на условия, при которых плотность частиц была примерно в 65 раз выше, чем в нашей Вселенной.
Вероятность того, что данный сигнал является шумом, оценивается в 30%, однако существует и другая гипотеза: сигнал может быть результатом попадания частиц материи из параллельной вселенной. В случае, если дополнительные протоны и электроны проникли в нашу Вселенную во время рекомбинации, число образовавшихся атомов увеличилось бы, что привело бы к усиленному излучению фотонов. Это, в свою очередь, объясняет аномальное усиление сигнатурной линии.
При этом сам Чари относится к гипотезе с осторожностью:
За пределами нашей наблюдаемой Вселенной могло бы существовать множество других регионов, каждый из которых управлялся бы набором физических параметров, отличных от тех, которые мы измерили для нашей Вселенной. Необычные утверждения, такие как доказательства существования альтернативных вселенных, требуют очень большого бремени доказательств.
Не исключено также, что зафиксированный сигнал может быть обусловлен влиянием излучения от удалённых галактик или присутствием межзвёздной пыли в пределах нашей Галактики.
На сегодняшний день имеются обоснованные подтверждения того, что горячая стадия Большого взрыва действительно имела место. Однако начальные условия, с которых началась эта стадия, пока не имеют однозначного объяснения. Теория инфляции, дополняющая модель горячего Большого взрыва, предполагает существование раздувающегося пространства-времени, из которого и возникла наша Вселенная. Эта модель делает ряд предсказаний, часть из которых подтверждена наблюдательными данными, а некоторые — находятся в стадии проверки.
Среди теоретических следствий инфляции — существование множества обособленных Вселенных, каждая из которых возникла в результате своего собственного Большого взрыва. Все эти независимые регионы вместе образуют структуру, которую принято называть мультивселенной.
Следует подчеркнуть, что это не означает наличие различных законов физики или фундаментальных констант в каждой Вселенной, равно как и не подразумевает реализацию всех возможных квантовых сценариев. Кроме того, гипотеза мультивселенной остаётся непроверяемой: она не может быть верифицирована или опровергнута существующими методами наблюдения. Тем не менее, если инфляционная теория верна, а совокупность данных её поддерживает, то вывод о существовании мультивселенной становится практически неизбежным.