Чому ми досі не врізалися в іншу всесвіт?

Всесвіт, в якій ми живемо, величезна, сповнена матерії й енергії і розширюється все швидше і швидше. Поглянувши за мільярди світлових років, ми можемо побачити мільярди років нашого давнього минулого, побачити формування планет, зірок і галактик. Ми зайшли так далеко, ми знайшли хмари газу, які не дали життя жодної зірки і галактики, які сформувалися, коли наша Всесвіт була на 97% молодше. Що особливо цікаво, ми можемо спостерігати післясвічення Великого Вибуху, яке залишилося з тих пір, коли Всесвіту було якихось 380 000 років. Але при всьому цьому космічному пишності ми ніколи не знаходили свідчень того, що наш Всесвіт стикалася з іншого всесвіту у величезному множинної всесвіту. Чому?

У самому справі, якщо теорія множинних всесвітів вірна, наша розширюється всесвіт повинна була зіткнутися з іншого всесвіту. Хіба немає? Зрештою, наша всесвіт зараз настільки велика, що деякі описують її як безмежну в своїх розмірах.

І так стверджує не тільки логіка, але і відомий авторитет Роджер Пенроуз. І Пенроуз, і розхожа думка тут помиляються. Наш Всесвіт є і повинна бути ізольована і самотня в мультивселенной.

Хоча ця тема дуже популярна і суперечлива, на користь існування множинних всесвітів кажуть сильні фізичні гіпотези. Якщо поєднати дві наших провідних школи думки про те, як працює Всесвіт, космічну інфляцію і квантову фізику, ми неминуче прийдемо до того, що наш Всесвіт знаходиться в множинної всесвіту. Є й інший висновок: кожна окрема Всесвіт, яка створюється і кожен Великий Вибух, що цьому передує, — відразу і назавжди відокремлена причинно-наслідковим зв’язком від інших. Чому? Розбере фізик Ітан Зигель.

Космічна інфляція прийшла як доповнення до теорії Великого Вибуху, надавши механізм, що пояснює, чому всесвіт почалася з певних умов. Зокрема, інфляція дала відповідь на питання про те…

  • чому Всесвіт була скрізь однієї температури;
  • чому вона була просторово плоскою;
  • чому не залишилося високоенергетичних реліктів начебто магнітних монополів.

…при цьому продовжуючи залишати нові прогнози, які потребують перевірки. Ці прогнози включають специфічний спектр флуктуацій щільності, з яких народжувалася Всесвіт; максимальну температуру, досягнуту Всесвіту на ранніх стадіях Великого Вибуху; існування флуктуацій на масштабах, що перевищують космічний горизонт, і певний спектр флуктуацій гравітаційних хвиль. Все це, крім останнє, з тих пір було підтверджено спостереженнями.

Космічна інфляція, якщо точно, це період до Великого Вибуху, коли у Всесвіті переважала енергія, властива самому простору. Зараз величина темної енергії занадто мала, а в часи інфляції вона була незрівнянно вище: набагато більше щільності енергії, коли Всесвіт була сповнена матерії і випромінювання в гарячі перші етапи Великого Вибуху.

Оскільки розширення всесвіту обумовлене енергією, властивою самому простору, в період інфляції розширення було експоненціальним, створювалося нове простір. Якщо Всесвіт подвоювалася в розмірах за час n, то через 10 періодів цього часу вона була вже в 210 або навіть у 21000 разів більше в розмірах. За короткий проміжок часу будь неплоский і містить матерію регіон простору ставав відрізняється від плоского, і всі частинки матерії роздувалися так далеко один від одного, що дві частинки ніколи вже не зустрінуться.

Втім, інфляція не може тривати вічно. Енергія, властива простору, не може залишатися вічно, інакше й Великого Вибуху не було, і Всесвіт не народилася б. Отже, енергія повинна передаватися з тканини простору речовини і випромінювання. Щоб розглянути інфляцію як поле, уявіть кулю на вершині пагорба. Поки куля залишається нагорі, інфляція і експоненційний розширення продовжується. Але щоб інфляція закінчилася, яке б квантове поле за неї відповідав, що йому потрібно перекотитися з високоенергетичного нестабільного стану в низькоенергетичне рівноважний. Цей перехід, «скочування» кулі з пагорба, призводить до кінця інфляції і народжує Великий Вибух.

Втім, є одне але: те, що описано вище, працює як класичне поле, але інфляція повинна була, як і всі фізичні поля, бути квантовим за своєю природою. Як і всі квантові поля, це описується хвильовою функцією, і ймовірність хвилі, що поширюється з часом. Якщо значення поля досить повільно котиться вниз по пагорбу, квантове поширення хвильової функції буде швидше скочування, що робить можливим вірогідним — наступ Великого Вибуху і кінець інфляції.

Оскільки простір розширюється з експоненціальною швидкістю під час інфляції, це означає, що з плином часу буде з’являтися експоненціально велике число регіонів простору. Справа в тому, що інфляції не буде закінчуватися скрізь відразу; різні регіони отримають різні значення квантових полів і різні напрямки. У деяких регіонах інфляція завершиться, а поле скотиться в долину. В інших же інфляція буде продовжуватися, даючи життя новому простору.

Звідси народжується феномен вічної інфляції і ідея множинних всесвітів. Там, де закінчується інфляція, ми отримуємо Великий Вибух і Всесвіт — частина якої ми можемо спостерігати. Але навколо регіонів, у яких закінчилася інфляція і стався Великий Вибух, будуть також регіони, в яких інфляція не закінчилася, і експоненційний розширення продовжується. У цих регіонах народжується більше розширюється простору, яке відсуває області, у яких закінчилася інфляція, швидше, ніж вони здатні розширюватися. Кожен з нових регіонів, в яких буде Великий Вибух, буде причинно відділений від нашого регіону, зовсім і назавжди.

Якщо уявити множинне всесвіт як величезний океан, можна намалювати окремі всесвіти, в яких стався Великий Вибух, як маленькі бульбашки в океані. Ці бульбашки, як і справжні бульбашки, що народжуються на дні океану, будуть розширюватися з плином часу, як наш Всесвіт розширюється. Але, на відміну від рідкої води в океані, «океан» інфляційного простору-часу розширюється швидше, ніж самі бульбашки коли-небудь зможуть розширюватися. І оскільки простір між ними зростає і буде зростати завжди, два бульбашки ніколи не стикнуться.

Було б величезним сюрпризом, який стався всупереч прогнозам інфляційної і квантової теорії, якби два Всесвіти коли-небудь стикаються. Хоча зіткнення таких бульбашок залишило б синяк на нашій Всесвіту, який ми безвідмовно виявили б на послесвечении Великого Вибуху, жодних свідчень таких синців немає. Як і передбачали наші найкращі теорії.