В 1954 году молодой кандидат в докторантуру Принстонского университета по имени Хью Эверетт III высказал радикальную идею: существуют параллельные вселенные, точно такие же, как наша. Все эти вселенные связаны с нашей; действительно, они ответвляются от нашей, и наша Вселенная ответвляется от других. В этих параллельных вселенных наши войны имели другие результаты, чем те, которые мы знаем. Вымершие в нашей Вселенной виды эволюционировали и адаптировались в других. В других вселенных мы, люди, возможно, вымерли.
Эта мысль поражает воображение, но все же остается понятной. Представления о параллельных вселенных или измерениях, напоминающих нашу, появились в произведениях научной фантастики и использовались в качестве объяснения метафизики. Но почему молодой подающий надежды физик мог рисковать своей будущей карьерой, выдвигая теорию о параллельных вселенных?
Своей теорией многих миров Эверетт пытался ответить на довольно неприятный вопрос, связанный с квантовой физикой: почему квантовая материя ведет себя хаотично? Квантовый уровень - самый маленький из обнаруженных наукой до сих пор. Изучение квантовой физики началось в 1900 году, когда физик Макс Планк впервые представил эту концепцию научному миру. Исследование излучения Планком привело к необычным открытиям, которые противоречили классическим законам физики. Эти открытия показали, что во Вселенной действуют другие законы, действующие на более глубоком уровне, чем тот, который мы знаем.
Содержание
- Принцип неопределенности Гейзенберга
- Теория многих миров
- Параллельные вселенные: разделение или строка?
Принцип неопределенности Гейзенберга
За довольно короткое время физики, изучающие квантовый уровень, заметили некоторые необычные вещи в этом крошечном мире. Во-первых, частицы, существующие на этом уровне, могут произвольно принимать различные формы. Например, ученые наблюдали фотоны - крошечные пакеты света - действующие как частицы и волны. Даже одиночный фотон демонстрирует это изменение формы. Представьте, что вы выглядели и вели себя как твердое человеческое существо, когда друг взглянул на вас, но когда он снова оглянулся, вы приняли газообразную форму.Это стало известно как принцип неопределенности Гейзенберга. Физик Вернер Гейзенберг предположил, что, просто наблюдая квантовую материю, мы влияем на ее поведение. Таким образом, мы никогда не сможем быть полностью уверены в природе квантового объекта или его атрибутах, таких как скорость и местоположение.
Эта идея поддерживается копенгагенской интерпретацией квантовой механики. Эта интерпретация, предложенная датским физиком Нильсом Бором, гласит, что все квантовые частицы существуют не в одном или другом состоянии, а во всех его возможных состояниях одновременно. Сумма возможных состояний квантового объекта называется его волновой функцией . Состояние объекта, существующего сразу во всех возможных состояниях, называется его суперпозицией.
Согласно Бору, когда мы наблюдаем квантовый объект, мы влияем на его поведение. Наблюдение нарушает суперпозицию объекта и по существу заставляет объект выбрать одно состояние из своей волновой функции. Эта теория объясняет, почему физики провели противоположные измерения одного и того же квантового объекта: объект «выбрал» разные состояния во время разных измерений.
Интерпретация Бора была широко принята и до сих пор остается в большей части квантового сообщества. Но в последнее время теория многомиров Эверетта привлекает серьезное внимание. Прочтите следующую страницу, чтобы узнать, как работает интерпретация многомиров.
Теория многих миров
Молодой Хью Эверетт был согласен со многими из того, что уважаемый физик Нильс Бор предположил о квантовом мире. Он согласился с идеей суперпозиции, а также с понятием волновых функций. Но Эверетт не соглашался с Бором в одном жизненно важном отношении.По мнению Эверетта, измерение квантового объекта не переводит его в то или иное понятное состояние. Вместо этого измерение квантового объекта вызывает фактический раскол во Вселенной. Вселенная буквально дублируется, разделяясь на одну вселенную для каждого возможного результата измерения. Например, предположим, что волновая функция объекта - это и частица, и волна. Когда физик измеряет частицу, есть два возможных результата: она будет измеряться либо как частица, либо как волна. Это различие делает теорию многомиров Эверетта конкурентом копенгагенской интерпретации как объяснения квантовой механики.
Когда физик измеряет объект, Вселенная разделяется на две отдельные вселенные, чтобы учесть каждый из возможных результатов. Итак, ученый из одной вселенной обнаруживает, что объект был измерен в форме волны. Тот же ученый в другой вселенной измеряет объект как частицу. Это также объясняет, как одну частицу можно измерить в более чем одном состоянии.
Как бы тревожно это ни звучало, интерпретация Эверетта о многомировых мирах имеет последствия, выходящие за рамки квантового уровня. Если действие имеет более одного возможного результата, тогда - если теория Эверетта верна - вселенная разделяется, когда это действие совершается. Это верно даже тогда, когда человек решает не предпринимать никаких действий.
Это означает, что если вы когда-либо оказывались в ситуации, когда смерть была возможным исходом, то во вселенной, параллельной нашей, вы мертвы. Это лишь одна из причин, по которой некоторые находят интерпретацию многомировой.
Другой тревожный аспект интерпретации многомирового мира состоит в том, что она подрывает наше представление о времени как о линейном. Представьте себе временную шкалу, показывающую историю войны во Вьетнаме. Вместо прямой линии, показывающей прогрессирующие события, заслуживающие внимания, временная линия, основанная на интерпретации многих миров, будет показывать каждый возможный результат каждого предпринятого действия. Оттуда каждый возможный результат предпринятых действий (в результате первоначального результата) будет дополнительно записан.
Но человек не может знать о других своих «я» - или даже о своей смерти - которые существуют в параллельных вселенных. Так как же нам узнать, верна ли теория многомиров? Уверенность в том, что интерпретация теоретически возможна, пришла в конце 1990-х годов из мысленного эксперимента - воображаемого эксперимента, используемого для теоретического доказательства или опровержения идеи - под названием квантовое самоубийство. (Вы можете узнать больше об этом в статье Как работает квантовое самоубийство .)
Этот мысленный эксперимент возродил интерес к теории Эверетта, которую многие годы считали вздором. Поскольку было доказано, что существование многих миров возможно, физики и математики стремились глубже исследовать последствия этой теории. Но интерпретация многих миров - не единственная теория, которая пытается объяснить Вселенную. И это не единственное, что предполагает существование вселенных, параллельных нашей. Прочтите следующую страницу, чтобы узнать больше о теории струн.
Параллельные вселенные: разделение или строка?
Доктор Мичио Каку, основоположник теории струн.
Теория многих миров и копенгагенская интерпретация - не единственные конкуренты, пытающиеся объяснить основной уровень Вселенной. Фактически, квантовая механика даже не единственная область физики, ищущая такое объяснение. Теории, которые возникли в результате изучения субатомной физики, все еще остаются теориями. Это привело к разделению области исследования во многом так же, как и мир психологии. У теорий есть сторонники и критики, как и у психологических рамок, предложенных Карлом Юнгом, Альбертом Эллисом и Зигмундом Фрейдом.
С момента развития их науки физики занимались реверсивным проектированием Вселенной - они изучили то, что могли наблюдать, и работали в обратном направлении к все меньшим и меньшим уровням физического мира. Делая это, физики пытаются достичь последнего и самого базового уровня. Они надеются, что именно этот уровень послужит основой для понимания всего остального.
Следуя своей знаменитой теории относительности, Альберт Эйнштейн провел остаток своей жизни в поисках одного последнего уровня, который отвечал бы на все физические вопросы. Физики называют эту фантомную теорию Теорией всего. Квантовые физики считают, что они идут по следу открытия этой окончательной теории. Но другая область физики считает, что квантовый уровень - не самый маленький уровень, поэтому он не может обеспечить Теорию Всего.
Вместо этого эти физики обращаются к теоретическому субквантовому уровню, называемому теорией струн, чтобы получить ответы на все вопросы о жизни. Что удивительно, так это то, что в ходе своих теоретических исследований эти физики, такие как Эверетт, также пришли к выводу, что существуют параллельные вселенные.
Теория струн была основана американским физиком японского происхождения Мичио Каку. Его теория утверждает, что основные строительные блоки всей материи, а также всех физических сил во Вселенной, такие как гравитация, существуют на субквантовом уровне. Эти строительные блоки напоминают крошечные резиновые ленты - или нити - из которых состоят кварки (квантовые частицы) и, в свою очередь, электроны, атомы, клетки и так далее. Какая именно материя создается струнами и как она ведет себя, зависит от вибрации этих струн. Так устроена вся наша вселенная. И согласно теории струн, эта композиция имеет место в 11 отдельных измерениях.
Как и теория многих миров, теория струн демонстрирует существование параллельных вселенных. Согласно теории, наша собственная Вселенная подобна пузырю, существующему рядом с подобными параллельными вселенными. В отличие от теории многомиров, теория струн предполагает, что эти вселенные могут контактировать друг с другом. Теория струн утверждает, что между этими параллельными вселенными может течь гравитация. Когда эти вселенные взаимодействуют, происходит Большой взрыв, подобный тому, который создал нашу вселенную.
Хотя физикам удалось создать машины, способные обнаруживать квантовую материю, субквантовые струны еще предстоит наблюдать, что делает их - и теорию, на которой они построены, - полностью теоретическими. Некоторые дискредитировали его, хотя другие считают, что это правильно.
Так действительно ли существуют параллельные вселенные? Согласно теории многомиров, мы не можем быть уверены в этом, поскольку не можем их осознавать. Теория струн уже была хоть раз проверена - с отрицательными результатами. Доктор Каку по-прежнему считает, что параллельные измерения действительно существуют.
Эйнштейн не прожил достаточно долго, чтобы увидеть, как его поиски Теории Всего были подхвачены другими. С другой стороны, если Множественные миры верны, Эйнштейн все еще жив в параллельной вселенной. Возможно, в этой вселенной физики уже нашли Теорию Всего.
