Чому ми досі не врізалися в інший всесвіт?

Всесвіт, в якому ми живемо, величезний, сповнений матерії та енергії і розширюється все швидше і швидше. Поглянувши за мільярди світлових років, ми можемо побачити мільярди років нашого стародавнього минулого, побачити формування планет, зірок і галактик. Ми заглянули так далеко, ми знайшли хмари газу, які не дали життя жодній зірці, і галактики, які сформувалися, коли наш Всесвіт був на 97% молодший.

Що особливо цікаво, ми можемо спостерігати післясвітіння Великого Вибуху, яке залишилося з тих пір, коли Всесвіту було якихось 380 000 років. Але при всій цій космічній пишноті ми ніколи не знаходили доказів того, що наш Всесвіт стикався з іншим всесвітом у величезному множинному всесвіті. Чому?

Справді, якщо теорія множинних всесвітів вірна, наш розширючий всесвіт повиненй був зіткнутися з іншим всесвітом. Хіба ні? Зрештою, наш всесвіт зараз настільки великий, що деякі описують його як нескінченний в своїх розмірах.

І так стверджує не тільки логіка, а й відомий авторитет Роджер Пенроуз. І Пенроуз, і загальноприйнята думка тут трохи помиляються. Наш Всесвіт є і повинний бути ізольований і самотній в мультивсесвіті.

Хоча ця тема занадто популярна і суперечлива, на користь існування множинних всесвітів говорять сильні фізичні гіпотези. Якщо поєднати дві наші провідні школи думки про те, як працює Всесвіт, космічну інфляцію і квантову фізику, ми неминуче прийдемо до того, що наш Всесвіт знаходиться в множинному всесвіті. Є й інший висновок: кожний окремий Всесвіт, який створюється – і кожен Великий Вибух, який цьому передує, – буде відразу ж і назавжди відділений причинно-наслідковим зв’язком від інших. Чому? Розбере фізик Ітан Зігель.

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

• чому Всесвіт був всюди однієї температури;
• чому він був просторово плоским;
• 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 яким народжувався Всесвіт; максимальну температуру, досягнуту Всесвітом на ранніх стадіях Великого Вибуху; існування флуктуацій на масштабах, що перевищують космічний горизонт, і певний спектр флуктуацій гравітаційних хвиль. Все це, за винятком останніх, з тих пір було підтверджено спостереженнями.

Космічна інфляція, якщо точно, то це період до Великого Вибуху, коли у Всесвіті переважала енергія, притаманна самому простору. Зараз величина темної енергії занадто мала, а за часів інфляції вона була незрівнянно вищою: набагато більша щільность енергії, коли Всесвіт був сповнений матерії і випромінювання в гарячі перші етапи Великого Вибуху.

Оскільки розширення всесвіту обумовлено енергією, властивою самому простору, в період інфляції розширення було експоненціальним, створювався новий простір. Якщо Всесвіт подвоювався в розмірах за час n, то через 10 періодів цього часу він був вже в 210 або навіть в 21000 разів більше в розмірах. За короткий проміжок часу будь-який неплоский і вміщаючий матерію регіон простору ставав не відрізнятися 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, притаманна простору, не може залишатися вічно, інакше і Великого Вибуху не було, і Всесвіт не народився б. Отже, енергія повинна передаватися з тканини простору речовині і випромінюванню. Щоб розглянути інфляцію як поле, уявіть кулю на вершині пагорба. Поки куля залишається нагорі, інфляція і експоненціальне розширення триває. Але щоб інфляція закінчилася, яке б квантове поле за неї не відповідало, йому потрібно перекотитися з високоенергетичного нестабільного стану в низькоенергетичний рівноважний. Цей перехід, «скочування» кулі з пагорба, призводить до кінця інфляції і породжує Великий Вибух.

Втім, є одне але: то, 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 хвильової функцією, і ймовірність хвилі поширюється згодом. Якщо значення поля котиться досить повільно вниз по пагорбу, квантове поширення хвильової функції буде швидше скочування, що робить можливим – навіть ймовірним – наступ Великого Вибуху і кінець інфляції.

Оскільки простір розширюється з експоненційною швидкістю під час інфляції, це означає, що з плином часу буде з’являтися експоненціально велике число регіонів простору. Справа в тому, що інфляція не буде закінчуватися всюди 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 тривати, 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, в яких закінчилася інфляція і стався Великий Вибух, будуть також регіони, в яких інфляція не закінчилася, і експоненціальне розширення триває. У цих регіонах народжується більше простору, що розширюється, яке відсуває області, в 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 множинний 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 розширюється наш Всесвіт. 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, дві бульбашки ніколи не стикнуться.

Було б величезним сюрпризом, який трапився б всупереч прогнозам інфляційної і квантової теорії, якби два Всесвіта коли-небудь зіткнулися. Хоча зіткнення таких бульбашок залишило б “синяк” на нашому Всесвіті, який ми безвідмовно виявили б на післясвітіння Великого Вибуху, ніяких свідчень таких “синців” немає. Як і передбачали наші кращі теорії.