Comment la science sépare les hypothèses «raisonnablement scientifiques» des hypothèses «non scientifiques»
L'idée d'autres univers est profondément enracinée dans la science-fiction. Mais même en dehors de la fiction, on peut trouver un raisonnement sur le multivers et de nombreux mondes parallèles, alors Attic a décidé de déterminer à quel point ces idées sont proches de la physique réelle.
Le multivers, sur lequel Sean Carroll, un expert en cosmologie et l'auteur du livre populaire russe récemment publié «Eternity. À la recherche de la théorie ultime du temps », est une hypothèse sur la structure de notre Univers au-delà des limites de la région accessible à notre observation.
Qu'est-ce que ça veut dire? La vitesse de la lumière est limitée et l'Univers s'étend dans toutes les directions - alors que nous ne pouvons voir qu'une certaine partie de l'espace. Et c'est loin du fait que le monde extérieur à ses frontières soit agencé de la même manière qu'au voisinage de la Terre. En théorie, en dehors de la sphère accessible à l'observation, il peut y avoir, par exemple, un rapport complètement différent de matière ordinaire et de matière noire. Ou pas du tout - certains autres principes physiques fonctionnent, jusqu'à une augmentation du nombre de dimensions.
Illustration: Anatoly Lapushko / Chrdk.
Le bon sens, bien sûr, nous dit que les propriétés de l'univers devraient être les mêmes partout. Cependant, le "bon sens" n'est pas une très bonne chose pour la cosmologie, la science de l'espace-temps à très grande échelle. L'hypothèse selon laquelle la substance que nous connaissons dans l'Univers est dix fois plus petite qu'une matière noire mystérieuse était également complètement contraire au bon sens, mais c'est dans un tel monde, constitué principalement de matière noire, que nous vivons aujourd'hui. Le problème avec l'idée que l'univers change radicalement là où on ne peut plus le voir n'est pas inhabituel, mais qu'une telle idée ne peut pas être testée.
Un univers avec des lois physiques hypothétiquement différentes est appelé le multivers cosmologique. Un tel univers est géométriquement un - dans le sens où une ligne continue peut être tracée entre deux de ses points sans la construction de portails et autres choses exotiques. Et ce multivers cosmologique ne doit pas être confondu, par exemple, avec un univers multiple dans l'interprétation multi-mondes de la mécanique quantique.
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Mécanique quantique de plusieurs mondes
A l'autre extrémité de la «grille d'échelle de l'univers», il y a un microcosme, dont les événements sont décrits par la mécanique quantique. Nous savons déjà que les particules élémentaires: électrons, quarks, gluons et leurs autres cousins se comportent selon des règles qui ne sont pas suivies dans le monde auquel nous sommes habitués. Ainsi, chaque particule en mécanique quantique peut être considérée comme une onde - et des atomes apparemment "solides", qui dans les cours de chimie à l'école sont représentés comme des boules, lorsqu'ils heurtent un obstacle, ils se dispersent comme des ondes. Chaque objet quantique est mathématiquement décrit non pas comme une boule ou un point limité dans l'espace, mais comme une fonction d'onde - existant simultanément à tous les points de sa trajectoire à travers l'espace. On ne peut calculer que la probabilité qu'il se trouve à un endroit ou à un autre. Quantités telles que l'impulsion d'une particule,son énergie et ses caractéristiques plus exotiques comme le spin sont également calculées à partir de la fonction d'onde: on peut dire que cet objet mathématique couvrant tout l'espace est la base fondamentale de la mécanique quantique et de toute la physique du XXe siècle.
Les calculs effectués à partir des fonctions d'onde et des opérateurs (les opérateurs permettent d'obtenir des quantités spécifiques à partir de la fonction d'onde) sont en excellent accord avec la réalité. L'électrodynamique quantique, par exemple, est aujourd'hui le modèle physique le plus précis de l'histoire de l'humanité, et parmi les technologies quantiques, il y a les lasers, toute la microélectronique moderne, l'Internet rapide auquel nous sommes habitués et même un certain nombre de médicaments: la recherche de substances prometteuses pour la médecine s'effectue également en modélisant les interactions de molécules. avec un ami. D'un point de vue appliqué, les modèles quantiques sont très bons, mais au niveau conceptuel, un problème se pose.
Fonctions d'onde correspondant à un électron dans un atome d'hydrogène à différents niveaux d'énergie. Les zones claires correspondent au maximum de la fonction d'onde et à ces endroits la particule est la plus susceptible d'être détectée; la probabilité de trouver le même électron dans la pièce voisine, bien que négligeable, n'est pas nulle.
L'essence de ce problème est que les objets quantiques peuvent être détruits: par exemple, lorsqu'un photon (quantum de lumière) frappe la matrice de la caméra ou entre simplement en collision avec une surface opaque. Jusque-là, le photon était parfaitement décrit par la fonction d'onde, et au bout d'un moment, l'onde étendue dans l'espace disparaît: il s'avère qu'un certain changement a affecté tout l'Univers et s'est produit plus rapidement que la vitesse de la lumière (comment une telle chose peut-elle être?). Ceci est problématique même dans le cas d'un seul photon, mais qu'en est-il de la fonction d'onde de deux photons émis par une source dans deux directions opposées? Si, par exemple, ces deux photons sont nés près de la surface d'une étoile lointaine et que l'un d'eux a été capturé sur Terre par un télescope, qu'en est-il du second, qui se trouve à plusieurs années-lumière? Formellement, il forme un système unique avec le premier,mais il est difficile d'imaginer un scénario où un changement dans une partie du système est instantanément communiqué à toutes les autres parties. Un autre exemple de système quantique, pour lequel la disparition de la fonction d'onde conduit à des problèmes conceptuels, est le célèbre chat de Schrödinger, qui se trouve à l'intérieur d'une boîte fermée avec un dispositif qui, basé sur un processus quantique probabiliste, brise une ampoule de poison ou la laisse intacte. Avant d'ouvrir la boîte, le chat de Schrödinger est à la fois vivant et mort: son état reflète la fonction d'onde d'un système quantique à l'intérieur d'un mécanisme à poison.qui se trouve à l'intérieur d'une boîte fermée avec un dispositif qui, basé sur un processus quantique probabiliste, brise une ampoule de poison ou la laisse intacte. Avant d'ouvrir la boîte, le chat de Schrödinger est à la fois vivant et mort: son état reflète la fonction d'onde d'un système quantique à l'intérieur d'un mécanisme à poison.qui se trouve à l'intérieur d'une boîte fermée avec un dispositif qui, basé sur un processus quantique probabiliste, brise une ampoule de poison ou la laisse intacte. Avant d'ouvrir la boîte, le chat de Schrödinger est à la fois vivant et mort: son état reflète la fonction d'onde d'un système quantique à l'intérieur d'un mécanisme à poison.
L'interprétation la plus courante de la mécanique quantique, Copenhague, suggère d'accepter simplement le paradoxe du monde - et d'admettre que oui, malgré tout, l'onde / particule disparaît instantanément. L'alternative est l'interprétation de plusieurs mondes. Selon elle, notre Univers est une collection de mondes sans interaction, chacun représentant un état quantique: lorsque vous ouvrez une boîte avec un chat, deux mondes apparaissent - dans l'un d'eux, le chat est vivant et dans l'autre, il est mort. Lorsqu'un photon passe à travers un miroir semi-transparent, le monde est également divisé en deux: dans l'un, un quantum de lumière est réfléchi par la surface, et dans l'autre non. Et ainsi, chaque processus quantique conduit à l'émergence de mondes de plus en plus branchés.
En théorie, certaines de ces branches peuvent être très différentes des nôtres. Un atome qui a volé dans la mauvaise direction peu de temps après le Big Bang pourrait bien conduire à une distribution différente des gaz chauds, à la naissance d'étoiles dans des endroits complètement différents et, par conséquent, au fait que la Terre, en principe, ne s'est pas produite. Mais cette image ne peut pas être qualifiée de problème d'interprétation de nombreux mondes. Le vrai problème réside dans l'impossibilité de vérifier l'exactitude de cette compréhension de la mécanique quantique dans la pratique: les composants individuels de l'Univers multiple n'interagissent pas les uns avec les autres par définition.
L'idée du voyage dans le temps et des univers alternatifs s'est beaucoup usée depuis l'époque de la fiction classique. Outre le terme notoire de «tueur à gages» chez les fans du genre (un héros de nos jours se retrouve, par exemple, à l'époque d'Ivan le Terrible), on peut rappeler le film parodique Kung Fury, d'où cette capture d'écran a été prise.
Quelque part, peut-être, il y a la Terre habitée par des dinosaures intelligents, quelque part le Grand Empire mongol a atterri sur les lunes de Jupiter en 1564, mais il n'y a pas de portails entre ces mondes - ils ont divergé à la suite de processus quantiques dans un passé lointain. Une théorie qui suggérerait la possibilité d'entrer dans l'un de ces mondes, du point de vue de la philosophie des sciences, n'en serait pas moins, mais plus scientifique, puisqu'on pourrait essayer de la tester.