Wieloświat - Multiverse

Wieloświat jest hipotetyczna grupa wielu wszechświatów . Razem te wszechświaty obejmują wszystko, co istnieje: całość przestrzeni , czasu , materii , energii , informacji oraz opisujących je praw fizycznych i stałych . Różne wszechświaty w obrębie multiwszechświata nazywane są "wszechświatami równoległymi", "innymi wszechświatami", "wszechświatami alternatywnymi" lub "wiele światów".

Historia koncepcji

Wczesne odnotowane przykłady idei nieskończonych światów istniały w filozofii starożytnego greckiego atomizmu , który sugerował, że nieskończone światy równoległe powstały ze zderzenia atomów. W III wieku p.n.e. filozof Chrysippus zasugerował, że świat wiecznie umierał i odradzał się, co skutecznie sugeruje istnienie wielu wszechświatów w czasie. Pojęcie wielu wszechświatów zostało bardziej zdefiniowane w średniowieczu .

W Dublinie w 1952 roku Erwin Schrödinger wygłosił wykład, w którym żartobliwie ostrzegał słuchaczy, że to, co zamierza powiedzieć, może „wydawać się wariatem”. Powiedział, że kiedy jego równania zdają się opisywać kilka różnych historii, to „nie były to alternatywy, ale wszystkie naprawdę dzieją się jednocześnie”. Ten rodzaj dwoistości nazywa się „ superpozycją ”.

Amerykański filozof i psycholog William James użył terminu „wieloświat” w 1895 roku, ale w innym kontekście. Termin ten został po raz pierwszy użyty w fikcji i w obecnym kontekście fizycznym przez Michaela Moorcocka w jego powieści SF Adventures z 1963 r. The Sundered Worlds (część jego serii Eternal Champion ).

Krótkie wyjaśnienie

W kosmologii , fizyce , astronomii , religii , filozofii , psychologii transpersonalnej , muzyce i we wszystkich rodzajach literatury , szczególnie w science fiction , komiksach i fantasy, wysunięto hipotezy o wielu wszechświatach . W tych kontekstach wszechświaty równoległe są również nazywane „wszechświatami alternatywnymi”, „wszechświatami kwantowymi”, „wymiarami przenikającymi się”, „wszechświatami równoległymi”, „wymiarami równoległymi”, „światami równoległymi”, „rzeczywistościami równoległymi”, „rzeczywistościami kwantowymi”, „ alternatywne rzeczywistości”, „ alternatywne osie czasu ”, „alternatywne wymiary” i „płaszczyzny wymiarowe”.

Społeczność fizyków z biegiem czasu debatowała nad różnymi teoriami wieloświata. Wybitni fizycy są podzieleni co do tego, czy istnieją inne wszechświaty poza naszym.

Niektórzy fizycy twierdzą, że wieloświat nie jest uzasadnionym tematem dociekań naukowych. Pojawiły się obawy, czy próby wyłączenia wieloświata z weryfikacji eksperymentalnej mogą podważyć publiczne zaufanie do nauki i ostatecznie zaszkodzić badaniu fizyki fundamentalnej. Niektórzy twierdzą, że wieloświat jest raczej pojęciem filozoficznym niż naukową hipotezą, ponieważ nie można go empirycznie sfalsyfikować . Umiejętność obalenia teorii za pomocą eksperymentu naukowego jest krytycznym kryterium przyjętej metody naukowej . Paul Steinhardt słynie z twierdzenia, że ​​żaden eksperyment nie może wykluczyć teorii, jeśli teoria przewiduje wszystkie możliwe wyniki.

W 2007 roku laureat Nagrody Nobla Steven Weinberg zasugerował, że gdyby istniał wieloświat, „nadzieja na znalezienie racjonalnego wyjaśnienia dokładnych wartości mas kwarków i innych stałych modelu standardowego, które obserwujemy w naszym Wielkim Wybuchu, jest stracona, ponieważ ich wartości byłyby skazane na niepowodzenie. być przypadkiem konkretnej części wieloświata, w którym żyjemy”.

Szukaj dowodów

Około 2010 roku naukowcy, tacy jak Stephen M. Feeney, przeanalizowali dane z sondy Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) i twierdzili, że znaleźli dowody sugerujące, że ten wszechświat zderzył się z innymi (równoległymi) wszechświatami w odległej przeszłości. Jednak dokładniejsza analiza danych z WMAP i satelity Planck , który ma rozdzielczość trzykrotnie wyższą niż WMAP, nie ujawniła żadnych statystycznie istotnych dowodów takiej kolizji bąbelków we Wszechświecie . Ponadto nie było dowodów na jakiekolwiek przyciąganie grawitacyjne innych wszechświatów na nasz.

Zwolennicy i sceptycy

Współcześni zwolennicy jednej lub więcej hipotez wieloświata to Don Page , Brian Greene , Max Tegmark , Alan Guth , Andrei Linde , Michio Kaku , David Deutsch , Leonard Susskind , Alexander Vilenkin , Yasunori Nomura , Raj Pathria , Laura Mersini- Neil -Houghton , deGrasse Tyson , Sean Carroll i Stephen Hawking .

Do naukowców ogólnie sceptycznie nastawionych do hipotezy wieloświata należą: David Gross , Paul Steinhardt , Anna Ijjas , Abraham Loeb , David Spergel , Neil Turok , Wiaczesław Mukhanov , Michael S. Turner , Roger Penrose , George Ellis , Joe Silk , Carlo Rovelli , Adam Frank , Marcelo Gleiser , Jim Baggott i Paul Davies .

Argumenty przeciwko teoriom wieloświata

W swoim artykule opiniodawczym New York Timesa z 2003 r. , „Krótka historia wieloświata”, autor i kosmolog Paul Davies przedstawił szereg argumentów, że teorie wieloświata są nienaukowe:

Na początek, jak sprawdzić istnienie innych wszechświatów? Oczywiście, wszyscy kosmolodzy akceptują, że istnieją pewne regiony wszechświata, które leżą poza zasięgiem naszych teleskopów, ale gdzieś na śliskim zboczu między tym a ideą, że istnieje nieskończona liczba wszechświatów, wiarygodność osiąga granicę. W miarę jak ktoś ześlizguje się z tego zbocza, coraz więcej musi być akceptowanych na wiarę, a coraz mniej jest podatnych na naukowe sprawdzenie. Skrajne wieloświatowe wyjaśnienia przypominają zatem dyskusje teologiczne. Rzeczywiście, wzywanie nieskończoności niewidzialnych wszechświatów w celu wyjaśnienia niezwykłych cech tego, który widzimy, jest tak samo doraźne, jak wzywanie niewidzialnego Stwórcy. Teoria wieloświata może być ubrana w język naukowy, ale w istocie wymaga tego samego skoku wiary.

—  Paul Davies, The New York Times , „Krótka historia wieloświata”

George Ellis , pisząc w sierpniu 2011 r., skrytykował wieloświat i wskazał, że nie jest to tradycyjna teoria naukowa. Przyjmuje, że uważa się, że wieloświat istnieje daleko poza kosmologicznym horyzontem . Podkreślił, że teoretycznie jest tak daleko, że jest mało prawdopodobne, aby kiedykolwiek znaleziono jakiekolwiek dowody. Ellis wyjaśnił również, że niektórzy teoretycy nie uważają, że brak empirycznej sprawdzalności i falsyfikowalności jest głównym problemem, ale jest przeciwny takiemu tokowi myślenia:

Wielu fizyków, którzy mówią o wieloświecie, zwłaszcza zwolennicy krajobrazu strun , nie przejmują się zbytnio wszechświatami równoległymi per se . Dla nich zastrzeżenia do wieloświata jako pojęcia są nieistotne. Ich teorie żyją lub umierają w oparciu o wewnętrzną spójność i, miejmy nadzieję, ewentualne testy laboratoryjne.

Ellis mówi, że naukowcy zaproponowali ideę wieloświata jako sposób na wyjaśnienie natury istnienia . Wskazuje, że ostatecznie pozostawia to te pytania nierozwiązane, ponieważ jest to kwestia metafizyczna , której nie może rozwiązać nauka empiryczna. Twierdzi, że testy obserwacyjne są podstawą nauki i nie należy ich zaniechać:

Choć jestem sceptyczny, uważam, że kontemplacja wieloświata jest doskonałą okazją do refleksji nad naturą nauki i ostateczną naturą istnienia: dlaczego tu jesteśmy... Patrząc na tę koncepcję, potrzebujemy otwartego umysł, choć niezbyt otwarty. To delikatna ścieżka, którą trzeba kroczyć. Wszechświaty równoległe mogą istnieć lub nie; sprawa nie jest udowodniona. Będziemy musieli żyć z tą niepewnością. Nie ma nic złego w filozoficznych spekulacjach opartych na nauce, którymi są propozycje wieloświata. Ale powinniśmy nazwać to, czym jest.

—  George Ellis, „Czy wieloświat naprawdę istnieje?” , Scientific American

Eksperci od prawdopodobieństwa zidentyfikowali wnioskowanie wieloświata w celu wyjaśnienia pozornego dostrojenia wszechświata jako przykład błędu odwrotnego hazardzisty .

Schematy klasyfikacji

Max Tegmark i Brian Greene opracowali schematy klasyfikacji dla różnych teoretycznych typów wieloświatów i wszechświatów, które mogą zawierać.

Cztery poziomy Maxa Tegmarka

Kosmolog Max Tegmark przedstawił taksonomię wszechświatów poza znanym obserwowalnym wszechświatem . Cztery poziomy klasyfikacji Tegmark są ułożone w taki sposób, że kolejne poziomy mogą być rozumiane jako obejmujące i rozszerzające poprzednie poziomy. Zostały one krótko opisane poniżej.

Poziom I: Rozszerzenie naszego wszechświata

Przewidywaniem kosmicznej inflacji jest istnienie nieskończonego ergodycznego wszechświata, który jako nieskończony musi zawierać tomy Hubble'a spełniające wszystkie warunki początkowe.

W związku z tym nieskończony wszechświat będzie zawierał nieskończoną liczbę tomów Hubble'a, z których wszystkie mają te same prawa fizyczne i stałe fizyczne . Jeśli chodzi o konfiguracje, takie jak rozkład materii , prawie wszystkie będą się różnić od naszej objętości Hubble'a. Jednakże, ponieważ jest ich nieskończenie wiele, daleko poza kosmologicznym horyzontem , w końcu pojawią się objętości Hubble'a o podobnych, a nawet identycznych konfiguracjach. Tegmark szacuje, że identyczny wolumen jak nasz powinien znajdować się około 10 10 115 metrów od nas.

Przy nieskończonej przestrzeni istniałaby w rzeczywistości nieskończona liczba tomów Hubble'a identycznych z naszymi we wszechświecie. Wynika to bezpośrednio z kosmologicznej zasady , w której zakłada się, że nasz tom Hubble'a nie jest ani wyjątkowy, ani wyjątkowy.

Poziom II: Wszechświaty o różnych stałych fizycznych

W teorii wiecznej inflacji , która jest odmianą teorii inflacji kosmicznej , wieloświat lub przestrzeń jako całość rozciąga się i będzie to robić w nieskończoność, ale niektóre obszary przestrzeni przestają się rozciągać i tworzą wyraźne bąbelki (jak kieszenie gazowe w bochenku rosnącego chleba). Takie bąbelki to embrionalne multiwersy I poziomu.

Różne pęcherzyki mogą doświadczać różnych spontanicznych łamań symetrii , co skutkuje różnymi właściwościami, takimi jak różne stałe fizyczne .

Poziom II obejmuje również John Archibald Wheeler 's oscylacyjny wszechświat teorii i Lee Smolin jest płodna wszechświatów teorię .

Poziom III: Wieloświatowa interpretacja mechaniki kwantowej

Hugh Everett jest interpretacja wielu-światy (MWI) jest jednym z kilku nurtu interpretacji mechaniki kwantowej .

Krótko mówiąc, jednym z aspektów mechaniki kwantowej jest to, że pewnych obserwacji nie można przewidzieć w sposób absolutny. Zamiast tego istnieje szereg możliwych obserwacji, każda z innym prawdopodobieństwem . Według MWI każda z tych możliwych obserwacji odpowiada innemu wszechświatowi. Załóżmy, że rzucona zostanie kostka sześciościenna, a wynik rzutu odpowiada obserwowalnej mechanice kwantowej . Wszystkie sześć możliwych sposobów, w jakie kostka może spaść, odpowiada sześciu różnym wszechświatom.

Tegmark twierdzi, że multiwers poziomu III nie zawiera więcej możliwości w objętości Hubble'a niż multiwers poziomu I lub poziomu II. W efekcie wszystkie różne „światy” stworzone przez „podziały” w multiwersie poziomu III z tymi samymi stałymi fizycznymi można znaleźć w pewnej objętości Hubble'a w multiwersie poziomu I. Tegmark pisze, że „Jedyną różnicą między poziomem I a poziomem III jest to, gdzie mieszkają twoje sobowtóry . Na poziomie I żyją gdzie indziej, w starej dobrej trójwymiarowej przestrzeni. Na poziomie III żyją na innej gałęzi kwantowej w nieskończenie wymiarowej przestrzeni Hilberta . "

Podobnie, wszystkie bąbelkowe wszechświaty Poziomu II o różnych stałych fizycznych można w efekcie uznać za „światy” utworzone przez „rozszczepienia” w momencie spontanicznego załamania się symetrii w multiwersie Poziomu III. Według Yasunori Nomura , Raphaela Bousso i Leonarda Susskinda , dzieje się tak dlatego, że globalna czasoprzestrzeń pojawiająca się w (wiecznie) rozdmuchującym się wieloświecie jest pojęciem zbędnym. Oznacza to, że wieloświaty poziomów I, II i III są w rzeczywistości tym samym. Ta hipoteza jest określana jako „Multiwers = Kwantowe Wiele Światów”. Według Yasunori Nomura ten wieloświat kwantowy jest statyczny, a czas jest prostą iluzją.

Inna wersja idei wielu światów jest H. Dieter Zeh jest wiele umysłów interpretacja .

Poziom IV: Ostateczny zespół

Ostateczna hipoteza matematycznego wszechświata jest własną hipotezą Tegmarka.

Na tym poziomie uważa się, że wszystkie wszechświaty są jednakowo rzeczywiste, które można opisać różnymi strukturami matematycznymi.

Tegmark pisze:

Matematyka abstrakcyjna jest tak ogólna, że ​​każda teoria wszystkiego (TOE), którą można zdefiniować w kategoriach czysto formalnych (niezależnie od niejasnej terminologii ludzkiej), jest również strukturą matematyczną. Na przykład TOE obejmujący zbiór różnych typów bytów (oznaczonych słowami, powiedzmy) i relacje między nimi (oznaczone dodatkowymi słowami) jest niczym innym, jak tym, co matematycy nazywają modelem mnogościowym i generalnie można znaleźć system formalny że jest wzorem.

Twierdzi, że to „implikuje, że każdą wyobrażalną teorię wszechświata równoległego można opisać na poziomie IV” i „obejmuje wszystkie inne zespoły, a zatem zamyka hierarchię wieloświatów i nie może być, powiedzmy, poziomu V”.

Jürgen Schmidhuber twierdzi jednak, że zbiór struktur matematycznych nie jest nawet dobrze zdefiniowany i dopuszcza jedynie reprezentacje wszechświata, które można opisać za pomocą matematyki konstruktywnej — to znaczy programów komputerowych .

Schmidhuber wyraźnie obejmuje reprezentacje wszechświat opisywany przez programy non-wstrzymywania których bity wyjściowe zbiegają po skończonym czasie, chociaż sam czas zbieżność nie może być przewidywalne przez jego wstrzymania programu ze względu na nierozstrzygalności do problemu stopu . Omawia również wyraźnie bardziej ograniczony zespół wszechświatów szybko obliczalnych.

Dziewięć typów Briana Greene'a

Amerykański fizyk teoretyczny i teoretyk strun Brian Greene omówił dziewięć typów multiwersów:

Pikowana
Pikowany wieloświat działa tylko w nieskończonym wszechświecie. Przy nieskończonej ilości miejsca każde możliwe zdarzenie będzie miało miejsce nieskończoną liczbę razy. Jednak prędkość światła uniemożliwia nam zwrócenie uwagi na te inne identyczne obszary.
Inflacyjny
Wieloświat inflacyjna składa się z różnych kieszeni, w którym pola inflacji upadku i tworzą nowe wszechświaty.
Brane
Wersja wieloświata brany postuluje, że cały nasz wszechświat istnieje na membranie ( branie ), która unosi się w wyższym wymiarze lub „masie”. W tej masie są inne membrany z własnymi wszechświatami. Te wszechświaty mogą oddziaływać ze sobą, a kiedy się zderzają, wytworzona przemoc i energia są więcej niż wystarczające, aby wywołać wielki wybuch . Brany unoszą się lub dryfują blisko siebie, a co kilka bilionów lat, przyciągane przez grawitację lub inną siłę, której nie rozumiemy, zderzają się i uderzają w siebie. Ten powtarzający się kontakt powoduje wielokrotne lub „cykliczne” wielkie wybuchy . Ta konkretna hipoteza należy do kategorii teorii strun, ponieważ wymaga dodatkowych wymiarów przestrzennych.
Cykliczny
Wieloświat cykliczny ma wiele brany , które zderzyły się, powodując wielkie wybuchy . Wszechświaty odbijają się i przechodzą przez czas, aż zostaną ponownie połączone i ponownie zderzają się, niszcząc stare treści i tworząc je na nowo.
Krajobraz
Krajobraz wieloświat opiera się na ciąg teorii za Calabi-Yau przestrzeniach. Fluktuacje kwantowe sprowadzają kształty do niższego poziomu energii, tworząc kieszeń z zestawem praw innych niż w otaczającej przestrzeni.
Kwant
Kwantowa wieloświat tworzy nowy wszechświat gdy dywersja w imprezach pojawia się, podobnie jak w interpretacji wielu światów mechaniki kwantowej.
Holograficzne
Holograficzny wieloświat wynika z teorii, że powierzchnia przestrzeni może kodować zawartość objętości obszaru.
Symulowane
Symulowane wieloświat istnieje na skomplikowanych systemach komputerowych, które symulują całych wszechświatów.
Ostateczny
Ostateczny wieloświat zawiera wszystkie matematycznie możliwych wszechświat pod różnymi prawami fizyki.

Teorie cykliczności

W kilku teorii, nie ma szereg nieskończonych cykli samopodtrzymujących (na przykład etan z Big Bangs , Big Crunches i / lub duże zamarza ).

M-teoria

W teorii strun i jej wielowymiarowym rozszerzeniu, M-teorii, przewidziano nieco inny wieloświat .

Teorie te wymagają obecności odpowiednio 10 lub 11 wymiarów czasoprzestrzeni. Dodatkowe sześć lub siedem wymiarów może być albo zagęszczone w bardzo małej skali, albo nasz wszechświat może być po prostu zlokalizowany na dynamicznym (3+1)-wymiarowym obiekcie, branie D3 . To otwiera możliwość, że istnieją inne brany, które mogłyby wspierać inne wszechświaty.

Kosmologia czarnej dziury

Kosmologia czarnych dziur to model kosmologiczny, w którym obserwowalny wszechświat jest wnętrzem czarnej dziury istniejącej jako jeden z możliwych wielu wszechświatów wewnątrz większego wszechświata. Obejmuje to teorię białych dziur , które znajdują się po przeciwnej stronie czasoprzestrzeni .

Zasada antropiczna

Zaproponowano koncepcję innych wszechświatów, aby wyjaśnić, w jaki sposób nasz własny wszechświat wydaje się być dostrojony do świadomego życia, jakiego doświadczamy.

Gdyby istniała duża (prawdopodobnie nieskończona) liczba wszechświatów, z których każdy mógłby mieć różne prawa fizyczne (lub różne fundamentalne stałe fizyczne ), wówczas niektóre z tych wszechświatów (nawet jeśli bardzo nieliczne) miałyby odpowiednią kombinację praw i podstawowych parametrów dla rozwoju materii , struktur astronomicznych, różnorodności pierwiastków, gwiazd i planet, które mogą istnieć wystarczająco długo, aby życie mogło powstać i ewoluować.

Słaba zasada antropiczna może następnie być stosowane do wniosku, że my (jako istoty świadome) występują tylko w jednym z tych niewielu wszechświatach, że okazał się być nastrojone, umożliwiając istnienie życia z rozwiniętej świadomości. Tak więc, chociaż prawdopodobieństwo, że jakikolwiek konkretny wszechświat będzie miał wymagane warunki do życia ( tak jak rozumiemy życie ), może być bardzo małe , warunki te nie wymagają inteligentnego projektu jako wyjaśnienia warunków we wszechświecie, które sprzyjają naszej egzystencji w nim.

Wczesna forma tego rozumowania jest widoczna w dziele Artura Schopenhauera z 1844 r. „Von der Nichtigkeit und dem Leiden des Lebens”, gdzie argumentuje on, że nasz świat musi być najgorszy ze wszystkich możliwych światów, ponieważ gdyby był pod jakimkolwiek względem znacznie gorszy nie mógł dalej istnieć.

Brzytwa Ockhama

Zwolennicy i krytycy nie są zgodni co do tego, jak stosować brzytwę Ockhama . Krytycy twierdzą, że postulowanie prawie nieskończonej liczby nieobserwowalnych wszechświatów, tylko po to, by wyjaśnić nasz własny wszechświat, jest sprzeczne z brzytwą Ockhama. Zwolennicy argumentują jednak, że pod względem złożoności Kołmogorowa proponowany wieloświat jest prostszy niż pojedynczy wszechświat idiosynkratyczny.

Na przykład zwolennik multiverse Max Tegmark argumentuje:

Cały zespół jest często znacznie prostszy niż jeden z jego członków. Zasadę tę można sformułować bardziej formalnie, używając pojęcia zawartości informacji algorytmicznej . Zawartość informacji algorytmicznej w liczbie to, z grubsza, długość najkrótszego programu komputerowego, który wygeneruje tę liczbę jako wynik. Rozważmy na przykład zbiór wszystkich liczb całkowitych . Co jest prostsze, cały zestaw czy tylko jedna liczba? Naiwnie można by pomyśleć, że pojedyncza liczba jest prostsza, ale cały zestaw można wygenerować za pomocą dość trywialnego programu komputerowego, podczas gdy pojedyncza liczba może być bardzo długa. Dlatego cały zestaw jest właściwie prostszy... (Podobnie), multiwersy wyższego poziomu są prostsze. Przejście z naszego wszechświata do multiwersu poziomu I eliminuje potrzebę określania warunków początkowych , przejście na poziom II eliminuje potrzebę określania stałych fizycznych , a multiwers poziomu IV eliminuje potrzebę określania czegokolwiek… Wspólna cecha wszystkich cztery poziomy wieloświatów polegają na tym, że najprostsza i prawdopodobnie najbardziej elegancka teoria domyślnie obejmuje wszechświaty równoległe. Aby zaprzeczyć istnieniu tych wszechświatów, trzeba skomplikować teorię, dodając eksperymentalnie niepoparte procesy i postulaty ad hoc: skończoną przestrzeń , załamanie funkcji falowej i asymetrię ontologiczną. Dlatego nasz osąd sprowadza się do tego, co uważamy za bardziej marnotrawne i nieeleganckie: wiele światów lub wiele słów. Być może stopniowo przyzwyczaimy się do dziwnych zwyczajów naszego kosmosu i odkryjemy, że jego dziwność jest częścią jego uroku.

—  Max Tegmark

Realizm modalny

Światy możliwe są sposobem wyjaśniania prawdopodobieństwa i twierdzeń hipotetycznych. Niektórzy filozofowie, tacy jak David Lewis , uważają, że wszystkie możliwe światy istnieją i że są one tak samo rzeczywiste jak świat, w którym żyjemy (pozycja znana jako realizm modalny ).

Zobacz też

Dalsza lektura

Bibliografia

Przypisy

Cytaty

Dalsza lektura

Zewnętrzne linki