Մուլտիվերսի չորս մակարդակը. Աշխարհը դեռ երբեք այսքան բարդ ու բազմազան չէր եղել
Գիտնականների զգալի մասն այնքան էլ չի սիրում մուլտիվերսի գաղափարը, ու պատճառները հասկանալի են։ Գիտությունը զբաղվում է անմիջապես այն ամենով, ինչ հնարավոր է, գոնե սկզբունքորեն, դիտարկել, ինչի գոյություն ունենալը կամ չունենալը հնարավոր է ստուգել։ Ակնհայտ է, որ շատ դեպքերում մուլտիվերսի մոդելները չեն ենթարկվում այս պայմանին անգամ ոչ ուղղակի կերպով, ինչից ելնելով` շատ գիտնականներ համարում են, որ մուլտիվերսը գիտական հասկացություն չի։
Մուլտիվերսը գիտական ու գեղարվեստական կոնցեպտ է, համաձայն որի Տիեզերքը, որը մենք դիտարկում ենք, միակը չէ, գոյություն ունեն այլ տիեզերքներ, որոնք մեզ համար հասանելի չեն։ Հասկացությունը, որը սկիզբ է առել գեղարվեստական գրականությունից, որոշ գիտական պատկերացումների ու տեսողությունների կոնտեքստում հայտնվեց նաև գիտության մեջ, քանի որ հանդես էր գալիս որպես այդ տեսողությունների կողմնակի էֆեկտ։ Հաճախ` անխուսափելի կողմնակի էֆեկտ։
Սակայն Մասաչուսեթսի տեխնոլոգիական ինստիտուտի պրոֆեսոր Մաքս Տեգմարկը համաձայն չէ նման շովինիստական հայացքի հետ։ Նրա խոսքով` մարդկությունն անմիջապես չի դիտարկել, օրինակ, Երկրի միջուկը, բայց քչերն են կասկածի տակ դնում դրա գոյությունը։ Մուլտիվերսը ինքն իրենով, օդից չի առաջացել, այն այլ միջոցներով լավ ստուգված գիտական տեսողությունների հետևանք է, ու եթե տեսությունն իրեն լավ է դրսևորում դիտարկելի մասերում, անիմաստ է աչք փակել ոչ դիտարկելի կանխատեսումների վրա։ Իսկ այդ կանխատեսումներից գլխավորը մուլլտիվերսն է։
Իր Մաթեմատիկական տիեզերքի հիպոթեզում Տեգմարկն առաջարկում է մուլտիվերսի ոչ թե մեկ, այլ միանգամից չորս մակարդակ։ Գիտնականի առաջարկը մեծ աղմուկ էր առաջացրել գիտական հանրության մեջ, ու այն ակտիվորեն քննարկվում է մինչ օրս։ PAN-ը պատմում է այդ չորս մակարդակի մասին։
Մաթեմատիկական տիեզերքի հիպոթեզի (Mathematical universe hypothesis) համաձայն, Տիեզերքը ոչ թե ուղղակի նկարագրվում է մաթեմատիկայով, այլ ինքն իրենից ներկայացնում է բարդ մաթեմատիկական ստրուկտուրա, ինչպիսիք են, օրինակ, ֆունկցիաները, երկրաչափական մարմինները և այլն։ Ըստ Տեգմարկի, մեր Տիեզերքը, օրինակ, այնքան բարդ մաթեմատիկական ստրուկտուրա է, որ դրա որոշ մասեր ունեն ինքնագիտակցություն, այդ թվում` մարդիկ, ովքեր այդ մաթեմատիկական ստրուկտուրայի ենթաստրուկտուրաներն են։
ԱՌԱՋԻՆ ՄԱԿԱՐԴԱԿԻ ՄՈՒԼՏԻՎԵՐՍ
Մուլտիվերսի ամենամեծ սկեպտիկներն անգամ մեծամասամբ համաձայն են առաջին մակարդակի մուլտիվերսի գոյության հետ։ Մենք գիտենք, որ դիտարկելի Տիեզերքն առաջացել է 13.7 մլրդ տարի առաջ, հետևաբար` լույսն ունեցել է ընդամենը 13.7 մլրդ տարի` Տիեզերքի տարբեր կետերից մեզ հասնելու համար։ Այս սահմանափակումը, ինչպես նաև Տիեզերքի` արագացմամբ ընդլայնումը բերել են նրան, որ Երկիր մոլորակի վրա ապրող դիտորդը կարող է դիտարկել միայն մոտ 96 մլրդ տրամագծով գունդ, որի կենտրոնում ինքն է։ Սա մենք անվանում ենք դիտարկելի Տիեզերք, այսինքն` տարածության այն հատվածը, որից լույսը 13.7 մլրդ տարիների ընթացքում հասցրել է հասնել մեզ։
Քչերը կպնդեն, որ դիտարկելի Տիեզերքը ամբողջ Տիեզերքն է, որ մեզանից մոտ 43 մլրդ լուսատարի այն կողմ ոչինչ չկա, Տիեզերքն ավարտվում է։ Ավելին, ժամանակակից տիեզերագիտական ստանդարտ մոդելի համաձայն` Տիեզերքը, հավանաբար, շարունակվում է անվերջ բոլոր ուղղություններով։
Տիեզերագիտական ստանդարտ մոդելի (ΛCDM - Lambda-Cold Dark Matter) համաձայն, ամբողջ Տիեզերքը հարթ տոպոլոգիայով, միատարր (բոլոր վայրերից մեծ մասշտաբներում նույն տեսքն ունեցող) ու իզոտրոպ (բոլոր ուղղություններով նույն տեսքն ունեցող) քառաչափ (երեք տարածական ու մեկ ժամանակային) բազմաձևություն է` լցված սովորական բարիոնային նյութով, մութ նյութով ու մութ էներգիայով, վերջինս էլ արագացմամբ ընդլայնման պատճառն է։
Նման տիեզերքում տարածության ցանկացած կետ իր շուրջն ունի 43 մլրդ լուսատարի շառավիղով դիտարկելի հատված կամ դիտարկելի գունդ, իսկ անվերջ մեծ միատարր տիեզերքի պարագայում նման դիտարկելի գնդերի քանակն անվերջ է։ Մեծ մասշտաբներում այդ գնդերի պարունակությունը միջինում ունի նույն տեսքը` գալակտիկական խոշոր ու միջին չափի կուտակումներ մութ նյութի սարդոստայնների մեջ։ Սակայն ավելի փոքր մասշտաբներում գնդերը տարբերվում են, որովհետև տիեզերագիտական ինֆլյացիայի (այդ մասին` հաջորդ մակարդակում) ընթացքում պատահական քվանտային ֆլուկտուացիաները, որոնք ապագա գալակտիկաների ձևավորման սերմերն էին, տարբեր տեսք են ունեցել տարբեր գնդերում, հետևաբար` տարբեր է նաև գալակտիկական համայնքը, աստղային կազմը, դրանց շուրջ պտտվող մոլորակները և այլն։
Անվերջ քանակի, մեծ մասշտաբներում միանման, սակայն փոքր մասշտաբներում տարբերվող գնդերի այս ամբողջությունը առաջին մակարդակի մուլտիվերսն է։ Բոլոր գնդերում գործում են ցածր էներգիաների ֆիզիկայի նույն օրենքները, տարրական մասնիկների նույն կազմը, մասնիկների նույն պարամետրերը։ Սակայն պատմությունները գնդից գունդ կարող են տարբերվել. գնդերից մեկում աստերոիդը չի ընկել Երկրի վրա ու դինոզավրերը չեն անհետացել, մյուսում Հիտլերը հաղթել է երկրորդ համաշխարհային պատերազմում, երրորդում դուք ԱՄՆ նախագահ եք և այլն։
ԵՐԿՐՈՐԴ ՄԱԿԱՐԴԱԿԻ ՄՈՒԼՏԻՎԵՐՍ
Երկրորդ մակարդակի մուլտիվերսը շատ ավելի մեծ է, քանի որ պարունակում է անվերջ քանակի առաջին մակարդակի մուլտիվերսներ։ Պատճառը տիեզերագիտական ինֆլյացիան է։
Ինֆլյացիոն մոդելների համաձայն, մինչև «մեծ պայթյունը» (այսինքն, մինչ այն պահը, երբ Տիեզերքը տարրական մասնիկների շիկացած ապուր էր), տիեզերական տարածությունը լցված էր ինչ-որ ֆիզիկական դաշտով (կամ դաշտերով)։ Կարևորն այն է, որ դա սկալյար դաշտ էր։
Սկալյար դաշտն այն դաշտն է, որը նկարագրվում է տարածության ցանկացած կետում որևիցե պարամետրի արժեքով. օրինակ, օդի ջերմաստիճանը սկալյար դաշտ է, որը նկարագրվում է տարածության տարբեր հատվածներում ջերմաստիճանի տարբեր արժեքով։
Վերոնշյալ դաշտն էլ (որը ստացավ ինֆլատոնի դաշտ անվանումը) նկարագրվում էր տարածության տարբեր հատվածներում իր պոտենցիալ էներգիայով։ Եթե տարածության տվյալ հատվածում դաշտի պոտենցիալ էներգիան բավարար մեծ էր, տարածությունը այդ հատվածում սկսում էր արագ ընդլայնվել, այնքան արագ, որ ատոմի չափ տարածությունը վայրկյանի տրիլիոներորդ մասում դառնում էր մեր դիտարկելի Տիեզերքից շատ անգամ մեծ։ Ընդլայնման արդյունքում դաշտը կորցնում էր իր պոտենցիալ էներգիան, որն էլ վերածվում էր տարրական մասնիկների շիկացած ապուրի կինետիկ էներգիայի (պրոցեսը ստացավ տիեզերագիտական ինֆլյացիա անվանումը)։
Սթենֆորդի համալսարանի պրոֆեսոր Անդրեյ Լինդեն ինֆլյացիայի պրոցեսի ուսումնասիրության ընթացքում հայտնաբերեց երկու բան. առաջինը՝ քանի որ ինֆլատոնի դաշտը քվանտային դաշտ է, այն ենթարկվում է պատահական ֆլուկտուացիաների, որոնց պարագայում դաշտի պոտենցիալ էներգիան տարածության տարբեր հատվածներում կարող է պատահաբար աճել։ Հետևաբար, եթե տարածության ինչ-որ հատվածներում ինֆլյացիան ավարտվում է, այն կարող է կրկին սկսվել այլ հատվածներում, արդյունքում` ինֆլյացիան հավերժական է ու «մեծ պայթյուններ» եղել են, լինում են ու կլինեն մեծ Տիեզերքի տարբեր հատվածներում։
Երկրորդ՝ ինֆլատոնի դաշտի պոտենցիալ էներգիայի անկումը կարող է կանգ առնել պոտենցիալի տարբեր հատվածներում։ Պատկերացրեք, որ ինֆլատոնի դաշտը հսկա ժայռաբեկոր է, որը գտնվում է լեռան գագաթին։ Ժայռաբեկորի կինետիկ էներգիան զրոյական է, բայց պոտենցիալ էներգիան ահռելի է։ Ապա` ժայռաբեկորը (ինֆլատոնի դաշտը) սկսում է մեծ արագությամբ գլորվել ներքև. կինետիկ էներգիան աճում է, պոտենցիալ էներգիան նվազում, ու արդյունքում ժայռաբեկորը կանգ է առնում լեռան ինչ-որ հատվածում (ստորոտի ինչ-որ կետում, կամ էլ ներքևում գտնվող գյուղում)։ Նրանից, թե որտեղ կանգ առավ ժայռաբեկորը, կախված է այն, թե որքան պոտենցիալ էներգիա մնաց ու որքան կինետիկ էներգիա անջատվեց (գյուղում, ակնհայտորեն, պոտենցիալ էներգիա այլևս չկա, իսկ այ կինետիկ էներգիան ավերածությունների պատճառ է դարձել)։ Այսինքն, կախված նրանից, թե տարածության տվյալ հատվածում երբ է ավարտվում ինֆլյացիան, այն կարող է բերել լրիվ տարբեր արդյունքների։
Այսպիսով, ինֆլատոնի դաշտի այն հատվածներում, որտեղ ինֆլյացիան ավարտվել է, առաջանում են առաջին մակարդակի մուլտիվերսներ (հետինֆլյացիոն պղպջակներ)։ Եթե առաջին մակարդակի մեկ մուլտիվերսի սահմաններում գնդերի ցածր էներգիաների ֆիզիկայի օրենքներն ու պարամետրերը նույնն են, սակայն կարող են տարբերվել պատմությունները, ապա առաջին մակարդակի տարբեր մուլտիվերսներում (որոնք առաջանում են ինֆլյացիոն տարածության տարբեր հատվածներում) ցածր էներգիաների ֆիզիկայի օրենքները կարող են տարբերվել, որովհետև տարբեր վայրերում ինֆլատոնի դաշտը հասել է տարբեր մինիմումների։ Արդյունքում, առաջին մակարդակի տարբեր մուլտիվերսներում կարող են լինել մասնիկների տարբեր խմբեր, որոնք ունեն տարբեր պարամետրեր ու այդ պարամետրերի տարբեր արժեքներ։ Օրինակ, եթե առաջին մակարդակի մեր մուլտիվերսում էլեկտրոնի զանգվածը 1836 անգամ փոքր է պրոտոնի զանգվածից, մեկ այլ նման մուլտիվերսում այդ տարբերությունը կարող է այլ լինել։ Դրա հետևանքով, այդ աշխարհում աստղեր ու գալակտիկաներ, հետևաբար` մեր իմացած տիպի կյանք չի առաջանա։ Սակայն բարձր էներգիաների ֆիզիկայի օրենքները բոլորում նույնն են։
Ավելի մանրամասն երկրորդ մակարդակի մուլտիվերսի մասին կարող եք կարդալ մեր նախորդ լոնգրիդներից մեկում։
ԵՐՐՈՐԴ ՄԱԿԱՐԴԱԿԻ ՄՈՒԼՏԻՎԵՐՍ
Ինչպես նախորդ դեպքում, երրորդ մակարդակի մուլտիվերսը պարունակում է անվերջ քանակի երկրորդ մակարդակի մուլտիվերսներ։ Անհրաժեշտ է նշել, որ երկրորդ ու երրորդ կարգի մուլտիվերսների գոյությունը շատ ավելի սպեկուլյատիվ է ու կասկածելի, քան առաջին կարգի դեպքում է։
Երրորդ կարգի մուլտիվերսը բխում է քվանտային մեխանիկայից, ավելի ճիշտ` քվանտային մեխանիկայի ինտերպրետացիաներից մեկից` բազմաթիվ աշխարհների ինտերպրետացիայից։
Քվանտային մեխանիկայի, դրա ինտերպրետացիաների մասին կարդացեք մեր նախորդ լոնգրիդներից մեկում։
Քվանտային մեխանիկայի մաթեմատիկայի հիմքում այսպես կոչված ալիքային ֆունկցիան է. դա գծային ֆունկցիա է, որը պարունակում է գիտափորձի համար անհրաժեշտ ամբողջ ինֆորմացիան։ Այսինքն, ալիքային ֆունկցիան նկարագրում է, թե գիտնականը քվանտային համակարգի (օրինակ, տարրական մասնիկի) որևիցե մեծության արժեքը (օրինակ, իմպուլսը) գիտափորձի ընթացքում չափելիս ինչ հավանականությամբ ինչ արժեք կստանա։ Ալիքային ֆունկցիան էլ դետերմինիստիկ էվոլյուցիայի է ենթարկվում` Շրյոդինգերի հավասարմանը համապատասխան, սակայն գիտափորձի անցկացման պահին դետերմինիստիկ էվոլյուցիան փոխարինվում է պատահական որևիցե արդյունքով. ասում են` ալիքային ֆունկցիան կոլապսի է ենթարկվում։
Հենց ալիքային ֆունկցիան է պարունակում քվանտային մեխանիկայի տարօրինակությունները` սուպերպոզիցիա, թունելային էֆեկտ, անորոշությունների սկզբունք և այլն։ Սակայն ինքը` քվանտային մեխանիկան, ոչինչ չի ասում ալիքային ֆունկցիայի ֆիզիկական իմաստի մասին, ինչն էլ, տեսության ծնունդի հետ համատեղ, առաջացրել է գիտական դեբատներ, որոնք չեն դադարում մինչ օրս։ Այդ դեբատների շրջանակներում ձևավորվել են քվանտային մեխանիկայի տարբեր մեկնություններ` ինտերպրետացիաներ, որոնցից ամենատարօրինակը` բազմաթիվ աշխարհների ինտերպրետացիան Տեգմարկն ընտրել է իր երրորդ մակարդակի մուլտիվերսի կառուցման համար։
Այն դեպքում, երբ Կոպենհագենյան ինտերպրետացիան պնդում է, որ ալիքային ֆունկցիան ոչ մի ֆիզիկական իմաստ չունի, այլ ընդամենը մաթեմատիկական գործիք է գիտափորձն իրականացնող գիտականի հավանական սպասումները գնահատելու համար, բազմաթիվ աշխարհների ինտերպրետացիան պնդում է, որ ալիքային ֆունկցիան ինքնին ֆիզիկական օբյեկտ է։ Հետևաբար` տարրական մասնիկները իրականում գտնվում են սուպերպոզիցիայի ու մնացած տարօրինակ վիճակներում, որոնք գոյություն ունեն քվանտային մեխանիկայի մաթեմատիկական ապարատում։
Բազմաթիվ աշխարհների ինտերպրետացիայի պատկերացումները դեկոհերենցիայի պրոցեսի հետ համատեղ լուրջ ընդունելու դեպքում գալիս ենք տարօրինակ եզրակացության. ամբողջ Տիեզերքը գտնվում է քվանտային սուպերպոզիցիայի վիճակում, հետևաբար` սուպերպոզիցիայում է գտնվում նաև դիտորդը, քանի որ ալիքային ֆունկցիան ոչ մի կոլապսի չի ենթարկվում, այլ շարունակում է դետերմինիստիկ էվոլյուցիան։ Իսկ դիտորդը տեսնում է գիտափորձի միայն մեկ արդյունք, որովհետև դիտորդի ալիքային ֆունկցիան, դեկոհերենցիայի արդյունքում խճճվելով շրջակա միջավայրի հետ, տրոհվում է առանձին էլեմենտների։ Դրանցից յուրաքանչյուրը նույն դիտորդի տարբերակն է, որը գիտափորձի ընթացքում ստանում է որևիցե արդյունք ու որը ոչ մի կերպ չի կարող փոխազդել իր մյուս տարբերակների հետ։ Այստեղից էլ կոլապսի տպավորությունն է, դիտորդի տվյալ տարբերակը տեսնում է միայն իր գիտափորձի արդյունքը, մյուսներն իր տեսանկյունից անհետանում են։
Պատկերացրեք, որ այս պրոցեսը վերաբերում է ամբողջ ինֆլյացիոն Տիեզերքին, ինչը նշանակում է, որ ամբողջ քվանտային Տիեզերքի ալիքային ֆունկցիան բաղկացած է անվերջ քանակի քվազիդասական էլեմենտներից, որոնք պարունակում են ինֆլյացիայի բոլոր հնարավոր ընթացքները։ Այսինքն, հերիք չէ` ինֆլյացիոն Տիեզերքն ինքնին պարունակում է անվերջ քանակի առաջին մակարդակի մուլտիվերսներ` ձևավորելով երկրորդ մակարդակի մուլտիվերս, այդ Տիեզերքի ալիքային ֆունկցիան էլ պարունակում է անվերջ քանակի ինֆլյացիոն Տիեզերքներ, որոնցում ինֆլատոնի դաշտի քվանտային ֆլուկտուացիաների պատտերնները տարբեր են։ Ու եթե ձեզ թվում է, թե այսքանով Տեգմարկը բավարարվելու է, ապա չարաչար սխալվում եք։
ՉՈՐՐՈՐԴ ՄԱԿԱՐԴԱԿԻ ՄՈՒԼՏԻՎԵՐՍ
Սա ամենասպեկուլյատիվ տարբերակներն է բոլոր մյուսների համեմատ ու անմիջապես բխում է մաթեմատիկական տիեզերքի հիպոթեզից։ Եթե հիշում եք, նյութի սկզբում նշեցինք, որ նշված հիպոթեզի համաձայն` Տիեզերքը մաթեմատիկական ստրուկտուրա է։ Այս դեպքում, խոսքը երրորդ մակարդակի մուլտիվերսի մասին է, որը պարունակում է անվերջ քանակի երկրորդ մակարդակի մուլտիվերսներ, որոնք, իրենց հերթին, պարունակում են անվերջ քանակի առաջին մակարդակի մուլտիվերսներ։ Երրորդ մակարդակի մուլտիվերսը, որում մենք բնակվում ենք, ընդամենը մեկ մաթեմատիկական ստրուկտուրա է` գոյություն ունեցող անվերջ քանակի մաթեմատիկական ստրուկտուրաներից, որոնք միասին ձևավորում են չորրորդ մակարդակի գրանդիոզ մուլտիվերսը։
Տեգմարկը գոյության իրավունք, այսինքն` օնթոլոգիկ իմաստ է տալիս միայն հաշվելի մաթեմատիկական ստրուկտուրաներին, սակայն անգամ այդ դեպքում դրանց քանակն անվերջ մեծ է։ Կան պարզ մաթեմատիկական ստրուկտուրաներ, օրինակ` ուղղանկյուն եռանկյունին, կան շատ ավելի բարդերը, օրինակ` մեր երրորդ մակարդակի մուլտիվերսը։
Վերջում, հետևելով Տեգմարկին, կարող ենք գրի առնել մեր հասցեն Չորրորդ մակարդակի մուլտիվերսում (նշված են անվերջ երկար թվերի միայն առաջին թվանշանները).
ՀՀ, ք. Երևան, 0070, Ա. Մանուկյան 9, 308 սենյակ
Մոլորակ 9064356885422689653235 {...}
Դիտարկելի գունդ 345864258754321345 {...}
Հետինֆլյացիոն պղպջակ 956345764323456653 {...}
Քվանտային ճյուղ 35786546909654327854 {...}
Մաթեմատիկական ստրուկտուրա 66428943257896424677 {...}