И рече науката: Тия неща няма да ги бъде!

Известни учени са съставили списък с популярни научни идеи, които са загубили своята актуалност в светлината на новите изследвания и съвременни възгледи.

Поради големия обем ще ви ги представим в поредица от статии – всеки ден по една. Започваме с Андрей Линде, физик теоретик, Станфордски университет. Автор на хаотичната теория на инфлацията, лауреат на Fundamental Physics Prize за 2012 г. на благотворителната фондация Милнър  в размер на 3 млн. долара.

Еднообразие и уникалност на Вселената

През по-голямата част от ХХ век в научните кръгове господстваше идеята за еднообразието на Вселената и уникалността на физичните закони. Действително космологичните наблюдения сочеха, че Вселената в най-големия от възможните мащаби почти напълно е еднаква, с точност повече от 1:10 000.

Аналогична ситуация съществува в план уникалност на физичните закони. Например ние знаем, че масата на електрона е еднаква навсякъде в наблюдаемата част на Вселената, затова беше съвсем естествено да допуснем, че тя има едни и същи стойности навсякъде, че това е природна константа. Дълго време една от най-великите цели на физиката се състоеше в търсене на единна теория, обединяваща всички фундаментални взаимовръзки и взаимовлияния и даваща еднозначно обяснение на всички известни параметри на физиката на елементарните частици.

Трийсет години преди това възможното обяснение на еднообразието на Вселената беше намерено. Главната идея се заключаваше в това, че нашата част от света се е появила в резултат от бързото разширение на пространството, наричано космическа инфлация.

След това се топят и изчезват всички „бръчици“ и нееднородности на пространството. Вселената става невероятно гладка. Добавете тук малко квантови флуктуации, разтегнете ги и полученото в резултат еднообразие става почти идеално. И се появяват галактики.

Отначало инфлационната теория малко приличаше на екзотичен плод на живото въображение. Но благодарение на пълната с ентусиазъм работа на хиляди учени много прогнози и изчисления от тази теория бяха потвърдени от данните на научни наблюдения. А ако тази теория е вярна, ние най-сетне имаме научно обяснение защо светът е толкова еднообразен.

Но инфлационната теория нищо не ни казва за това, че такова еднообразие трябва да се разпространява извън пределите на наблюдаемата част от Вселената. В качеството на аналогия да предположим, че Вселената е повърхност на голяма футболна топка, състояща се от черни и бели шестоъгълници. Ако надуем тази топка, всеки черен или бял елемент ще стане експоненциално голям. Ако увеличението бъде достатъчно мощно и топката се раздуе до вселенски мащаби, живеещите в черната част на Вселената никога няма да видят бялата ѝ част и ще смятат, че цялата Вселена е черна.

Те също така ще се опитват да намерят научно обяснение на това, защо тя не може да бъде никакъв друг цвят. А живеещите в бялата част никога няма да видят черните части и затова може да стигнат до извода, че целият свят трябва да е бял. Но черните и белите части спокойно могат да съществуват в инфлационната Вселена, без да противоречат на научните наблюдения.

В приведения пример говорихме за черно и бяло. Но във физиката количеството на различните състояния на материята (броят на „цветовете“) може да бъде експоненциално голямо.

Най-добрият кандидат за званието теория на всичко, който днес ни е известен, е теорията на струните. Тя съвсем успешно може да се формулира в 10-измерно пространство-време (девет пространствени измерения и едно времево). Но ние живеем във Вселена с триизмерно пространство. Къде са останалите шест? Отговорът се заключава в това, че те са компактифицирани, притиснати в нещо толкова малко, че не можем да се движим в тези посоки, затова възприемаме света като триизмерен.

В самото начало на възникването на теорията на струните физиците знаеха, че съществуват експоненциално много различни начини за компактификация на тези шест измерения, но не ни беше известно какво може да попречи на взрива на тези копактифицирани измерения. Този проблем беше решен преди около 10 години и решението потвърди предишните очаквания по повод експоненциално голямото количество възможности. В някои оценки броят на различните варианти достига 10 500. И всеки вариант описва част от Вселената със своя енергия на вакуума и със свои типове материя.

В рамките на инфлационната теория това означава, че нашият свят може да се състои от невероятен брой експоненциално големи вселени с 10 500 различни типа материя в тях.

Песимистът ще каже: тъй като не виждаме другите части на Вселената, не можем да докажем, че такава картина е вярна. А оптимистът може да възрази, че и грешността на такава картина не можем да докажем никога, тъй като главното ѝ предположение се заключава в това, че такива вселени се намират много далече от нас.

А като знаем, че добрите теории, разработени до днес, допускат наличието на около 10 500 различни вселени, всеки, който каже, че Вселената трябва да има едни и същи свойства навсякъде, ще бъде принуден да доказва, че е възможна само една от тези 10 500 вселени.

Но тук има още нещо. В нашия свят съществуват множество странни съвпадения. Масата на електрона е 2000 по-малка от масата на протона. Защо? Ако една от тези маси дори малко се промени, животът в известния ни вид ще бъде невъзможен. Енергията на вакуума в нашата част от Вселената не е равна на нула, тя има неизмеримо малко значение, много пъти по-малко от наивните теоретични предположения. Защо? Единственото известно ни обяснение се състои в това, че ние не бихме могли да живеем в свят с прекалено голяма енергия на вакуума.

Съотношението и връзката между нашите свойства и свойствата на света се нарича антропен принцип. Но ако Вселената ни беше дадена в единствен екземпляр, такова съотношение с нищо не би ни помогнало. Ще ни се наложи да строим догадки и предположения за висшите причини, по които Вселената е приспособена към живота на човека. Между другото, в Мегавселената, или в множествените вселени, състоящи се от голямо количество части с различни свойства, връзката между нашите свойства и свойствата на населената от нас част от света е напълно логична и разбираема.

Можем ли да се върнем към старата картина за единна Вселена? Възможно е, но за това е необходимо да изпълним три условия. Първото е създаването на по-съвършена космологичната теория. Второ, това е създаването на по-съвършени теории на фундаменталните взаимовръзки. И трето, това е алтернативно обяснение на тези чудесни съвпадения, които току-що обсъдихме.