그녀의 많은 동료들과 마찬가지로 University College London의 우주 학자 인 Hiranya Peiris는 한때 우리 우주가 광대 한 다중 사람들 중 많은 사람들 중 하나 일 수 있다는 개념을 크게 기각했습니다. 그녀는 과학적으로 흥미로 웠지만 근본적으로 테스트 할 수 없다고 생각했습니다. 그녀는 은하가 진화하는 방법과 같은보다 구체적인 질문에 대한 연구에 초점을 맞추는 것을 선호했습니다.
그런 다음 Aspen Physics Center에서 한 여름에 Peiris는 주변 연구소의 Matt Johnson과 대화를 나누는 것을 발견했습니다. 그는 그들이 협력 할 것을 제안했다.
처음에 Peiris는 회의적이었습니다. 그녀는“관찰자로서 흥미롭고 우아하지만 이론이 테스트 가능한 결과가 없다면 심각하게 부족하다고 생각한다”고 말했다. 그러나 존슨은 그녀에게 개념을 테스트 할 수있는 방법이 있다고 확신했다. 우리가 거주하는 우주가 오래 전에 다른 우주와 충돌했다면, 충돌은 우주 전자 레인지 배경 (CMB)에 각인을 남겼을 것입니다. 그리고 물리학자가 그러한 서명을 감지 할 수 있다면, 그것은 다중 사람들에 대한 창을 제공 할 것입니다.
.컬럼비아 대학교의 물리학자인 에릭 와인버그 (Erick Weinberg)는 끓는 가마솥과 비교 하여이 다중 사람들을 설명하며, 개별 우주를 나타내는 거품 (시공간의 고립 된 포켓)을 나타내는 거품이 있습니다. 냄비가 끓으면서 거품이 팽창하고 때로는 충돌합니다. 우주의 첫 순간에도 비슷한 과정이 발생했을 수 있습니다.
Peiris와 Johnson은 초기 회의 이후 몇 년 동안 가장 빠른 순간에 다른 우주와의 충돌이 우리 우주의 충격파와 비슷한 것을 보냈는지 연구했습니다. 그들은 CMB를 매핑하는 플랑크 우주 망원경의 데이터에서 그러한 충돌 증거를 찾을 수 있다고 생각합니다.
Peiris는이 프로젝트가 작동하지 않을 수도 있다고 인정합니다. 우리는 다층에 살고있을뿐만 아니라 우리의 우주가 우리의 원시 우주 역사에서 다른 우주와 충돌해야합니다. 그러나 물리학자가 성공하면, 그들은 우리 자신을 넘어 우주의 첫 번째 불가능한 증거를 가질 것입니다.
거품이 충돌 할 때
다국적 이론은 한때 공상 과학 또는 크랙 팟 영토로 강등되었습니다. 이론적 물리학 및 요크 대학교 주변 연구소에서 공동 약속을 잡은 존슨은“미친 땅에 간 것 같습니다. 그러나 과학자들은 다중 사람들이 다른 사람들보다 미친 것의 많은 버전을 생각해 냈습니다.
Peiris와 그녀의 동료들이 관심을 갖는 다중 사람들은 1950 년대에 처음 제안 된 논란의 여지가있는“많은 세계”가설이 아니며 모든 양자 사건이 별도의 우주를 생성한다고 주장합니다. 또한, 우리의 시공간에서 벗어나 별도의 영역이되는 새로운 우주의 인기있는 공상 과학 소설과 관련된 다중 사람들의 개념도 아닙니다. 오히려이 버전은 우주의 첫 순간에 대한 널리 받아 들여지는 이론 인 인플레이션의 결과로 발생합니다.
인플레이션은 우리 우주가 갑자기 빅뱅 이후 순식간에 급격한 빠른 확장을 경험했으며, 무한한 작은 얼룩에서 1 초 단위의 1/4에 걸쳐 1/4의 1/4에 달하는 1 초에 한 번의 분기에 이르기까지
.그러나 일단 시작된 인플레이션은 결코 완전히 멈추지 않는 경향이 있습니다. 이론에 따르면, 일단 우주가 확장되기 시작하면 일부 장소에서 끝나고 오늘날 우리 주변에서 볼 수있는 우주와 같은 지역을 만들어냅니다. 그러나 다른 곳에서 인플레이션은 단순히 미래에 영원히 갈 것입니다.
이 기능으로 인해 우주 학자들은 영원한 인플레이션이라는 시나리오를 고려하게되었습니다. 이 그림에서 우주 지역의 개별 영역은 팽창을 멈추고 우리가 사는 것과 같은“거품 우주”가됩니다. 그러나 더 큰 규모에서 지수 확장은 영원히 계속되며 새로운 버블 우주는 지속적으로 만들어지고 있습니다. 관찰자는 빛의 속도보다 더 빨리 움직이지 않고 하나의 거품에서 다음 거품으로 이동할 수 없었기 때문에 각 거품은 같은 시공간의 일부 임에도 불구하고 우주로 간주됩니다. 그리고 각 거품에는 고유 한 물리 법칙이있을 수 있습니다. Peiris는“영원한 인플레이션을 구매하면 다수를 예측합니다.
2012 년 Peiris와 Johnson은 Anthony Aguirre와 Max Wainwright와 협력하여 캘리포니아 대학교 산타 크루즈의 물리학 자와 협력하여 두 개의 거품만으로 시뮬레이션 된 다중 사람을 만들었습니다. 그들은 거품이 충돌 한 후에 일어난 일을 연구하여 관찰자가 보는 것을 결정했습니다. 이 팀은 두 개의 버블 우주의 충돌이 우리에게 독특한 온도 프로파일을 가진 CMB의 디스크로 보일 것이라고 결론 지었다.
.인적 오류를 방지하기 위해 (우리는 우리가보고 싶은 패턴을 보는 경향이 있습니다. 그들은 우주 기반 전망대 인 Wilkinson 마이크로파 이소 트로피 프로브 (WMAP)의 데이터에서 이러한 디스크를 자동으로 검색하기 위해 알고리즘 세트를 고안했습니다. 이 프로그램은 기포 충돌의 시그니처와 일치하는 온도 변동이있는 4 개의 잠재적 영역을 식별했습니다. 올해 말에 플랑크 위성의 데이터를 사용할 수있게되면 연구원들은 그 이전 분석을 개선 할 수 있어야합니다.
그러나 Multiverse의 설득력있는 서명을 감지하는 것은 까다 롭습니다. 만남이 어떻게 보일지 아는 것만으로도 거품 충돌의 역학에 대한 철저한 이해가 필요합니다. 그러한 상호 작용의 복잡성을 감안할 때 컴퓨터에서 모델링하기가 매우 어려운 것.
새로운 문제를 해결할 때, 물리학 자들은 일반적으로 그들이 "섭동"이라고 부르는 사소한 조정을 통해 이미 이해하고 그것을 적응시키는 좋은 모델을 찾습니다. 예를 들어, 우주에서 위성의 궤적을 모델링하기 위해 물리학자는 17 세기 이삭 뉴턴이 설명한 고전적인 운동 법칙을 사용한 다음 태양 바람의 압력과 같은 운동에 영향을 줄 수있는 다른 요인의 영향을 계산하여 작은 개선을 할 수 있습니다. 간단한 시스템의 경우, 교란되지 않은 모델에서는 작은 불일치 만 있어야합니다. 그러나 토네이도와 같은 복잡한 시스템의 공기 흐름 패턴을 계산하고 그러한 근사치가 분해됩니다. 섭동은 작고 예측 가능한 세련미 대신 원래 시스템에 갑자기 매우 큰 변화를 가져옵니다.
초기 우주의 인플레이션 기간 동안 기포 충돌 모델링은 토네이도를 모델링하는 것과 유사합니다. 본질적으로 인플레이션은 기하 급수적으로 시공간을 확장합니다. 정확하게 역학을 계산하는 값의 큰 점프는 매우 도전적입니다.
Peiris는“그리드로 시작한다고 상상해보십시오. 그러나 순간 내에 그리드는 막대한 크기로 확장되었습니다. 그녀는 공동 작업자와 함께 복잡성을 다루기 위해 인플레이션 시뮬레이션에서 적응 형 메쉬 리피네닝 (점점 더 미세한 규모로 가장 관련성있는 세부 사항을 얻는 반복 프로세스)과 같은 기술을 사용했습니다. King 's College London의 물리학자인 Eugene Lim은 특이한 유형의 여행 파도가 문제를 더욱 단순화하는 데 도움이 될 수 있음을 발견했습니다.
.번역의 파도
1834 년 8 월, 존 스콧 러셀 (John Scott Russell)이라는 스코틀랜드 엔지니어는 운하 보트의 효율성을 향상시키기위한 시선으로 Union Canal을 따라 실험을 수행하고있었습니다. 한 보트 팀에 의해 그려진 한 보트는 갑자기 멈췄다. 러셀은 물 속의 독방 파를 발견하여 모양을 잃지 않고 일정한 속도로 계속 앞으로 나아 갔다. 행동은 전형적인 파도와는 다르며,이 파도는 평평하거나 피크로 올라가서 빠르게 상승하는 경향이 있습니다. 흥미로운 러셀은 2 마일 동안 말을 타는 파도를 추적하기 전에 수로에서 마침내 소산되었습니다. 이것은 Soliton의 최초의 기록 된 관찰입니다.
러셀은 불굴의 물결에 너무 흥미를 느꼈으 며 정원에 30 피트 파 탱크를 건설하여 현상을 더 많이 연구하면서“번역의 물결”이라는 주요 특성을 지적했습니다. 이러한 파도는 평소보다 먼 거리에서 크기, 모양 및 속도를 유지할 수 있습니다. 속도는 파도의 크기에 달려 있었고 너비는 물의 깊이에 달려있었습니다. 그리고 큰 독방 파가 더 작은 파도를 넘어서면 더 크고 더 빠른 파도가 바로 통과 될 것입니다.
러셀의 관찰은 그의 연구 결과가 당시의 물파 물리학에 대해 알려진 내용과 모순되는 것처럼 보였기 때문에 그의 동료들에 의해 크게 무시되었습니다. 1960 년대 중반까지 그러한 파도는 솔리톤이라고 불렀으며 물리학 자들은 섬유 광학, 생물학적 단백질 및 DNA와 같은 다양한 영역에서 모델링 문제에 대한 유용성을 깨달았습니다. Solitons는 또한 양자 필드 이론의 특정 구성에서 나타납니다. 양자 필드를 찌르면 일반적으로 바깥쪽으로 사라지는 진동을 만들지 만 올바른 방식으로 물건을 구성하면 러셀의 번역의 물결처럼 진동이 그 모양을 유지합니다.
.솔리톤은 너무 안정적이기 때문에 Lim은 다중 사람들의 거품 충돌 역학을위한 단순화 된 장난감 모델로 작동 할 수 있다고 생각하여 물리학 자에게 CMB에 어떤 종류의 서명이 나타날 수 있는지에 대한 더 나은 예측을 제공합니다. 그의 직감이 옳다면, 우리 버블 우주의 넓은 벽은 솔리톤과 매우 흡사합니다.
그러나, 독방의 파도를 모델링하는 것은 비교적 간단한 문제이지만, 역학은 Solitons가 충돌하고 상호 작용할 때 계산하기가 훨씬 더 복잡하고 계산하기가 어려워서 물리학자가 대신 컴퓨터 시뮬레이션에 의존하도록합니다. 과거에는 연구원들이 정확한 수학적 솔루션으로 특정 클래스의 솔리톤을 사용했으며 그 모델을 목적에 맞게 조정했습니다. 그러나이 접근법은 연구중인 대상 시스템이 이미 장난감 모델과 매우 유사한 경우에만 작동합니다. 그렇지 않으면 변경이 너무 커서 계산하기에는 너무 커요.
그 장애물을 돌아 다니기 위해 Lim은 Soliton 충돌의 기발한 특징을 기반으로 깔끔한 트릭을 고안했습니다. 두 개의 물체가 충돌하는 것을 상상할 때, 우리는 자연스럽게 움직일수록 영향이 커지고 역학이 더 복잡하다고 가정합니다. 예를 들어, 고속으로 서로를 부딪히는 두 대의 자동차는 흩어져있는 잔해, 열, 소음 및 기타 효과를 생성합니다. 솔리톤을 충돌시키는 것도 마찬가지입니다. Lim에 따르면 두 개의 솔리톤을 매우 느리게 충돌하면 상호 작용이 거의 없을 것입니다. 속도가 증가함에 따라 솔리톤은 더 강하게 상호 작용합니다.
그러나 Lim은 속도가 계속 증가함에 따라 패턴이 결국 반전된다는 것을 발견했습니다. Soliton 상호 작용이 감소하기 시작합니다. 그들이 빛의 속도로 여행 할 때까지 전혀 상호 작용이 없습니다. 임은“그들은 단지 서로를 지나가는 것”이라고 말했다. "두 개의 솔리톤을 더 빨리 충돌할수록 더 간단 해집니다." 상호 작용이 없기 때문에 시스템이 대략 비슷하기 때문에 솔리톤과 충돌하는 솔리톤의 역학을보다 쉽게 모델링 할 수 있습니다.
.Johnson에 따르면 Lim은 광범위하게 적용될 수있는 매우 간단한 규칙을 발견했습니다. 고속 충돌 중에 다중 사람들의 상호 작용은 약해서 이러한 만남의 역학을 더 쉽게 시뮬레이션 할 수 있습니다. 하나는 단순히 Multiverse의 새로운 모델을 만들고, Solitons를 새로운 모델의 예상 서명을 우주 전자 레인지 데이터에 매핑하는 도구로 사용하고, 연구자들이 보는 것과 일치하지 않는 이론을 배제 할 수 있습니다. 이 과정은 물리학 자들이 다중 사람들의 가장 실용적인 모델을 식별하는 데 도움이 될 것입니다.
문자열 이론에 대한 Multiverse의 사례
더 많은 물리학자가 다중 사람들에 대한 아이디어를 진지하게 받아들이는 이유 중 하나는 그러한 모델이 현악 이론에서 중요한 도전을 해결하는 데 도움이 될 수 있기 때문입니다. 문자열 이론의 목표 중 하나는 양자 역학과 일반 상대성 이론을 통합하는 것이 었습니다.
그러나 약 10 년 전“현악 이론의 꿈은 폭발했다”고 존슨은 말했다. 연구원들은 현론이 독특한 솔루션을 제공하지 않는다는 것을 깨닫기 시작했습니다. 대신, 그것은“당신에게 방대한 수의 세계에 대한 이론을 제공한다”고 Weinberg는 말했다. Weinberg가 생각하는 일반적인 추정치는 보수적이라고 생각합니다. 10 가지 가능성입니다. 이 세계 의이 팬들은 현론이 가능한 모든 결과를 예측할 수 있음을 암시합니다.
Multiverse는 문자열 이론에 의해 예측 된 모든 다른 세계를 통합 할 수있는 가능한 수단을 제공 할 것입니다. 각 버전은 자체 버블 우주에서 실현 될 수 있습니다. Lim은“모든 것이 당신이 살고있는 우주의 어느 부분에 달려 있습니다.
Peiris는이 주장에 비평가가 있음을 인정합니다. Peiris는 일반적으로 다중 사람들의 개념을 진정한 과학 이론보다는 대상으로 기각하는 데 사용되는 추론에 대해“무엇이든 예측할 수 있으므로 유효하지 않습니다. "그러나 나는 그것이 그것에 대해 생각하는 잘못된 방법이라고 생각합니다." Peiris는 진화론은 또한 특정 측면에서 팽창론과 비슷하다. 오늘날 우리가 볼 수있는 다양한 종을 생산하기 위해 초기 입력이 거의 필요하지 않은 간단한 모델입니다.
영원한 인플레이션에 묶인 다중 사람들 모델은 같은 종류의 설명력을 가질 수 있습니다. 이 경우, 버블 유니버스는 종 분리와 매우 유사합니다. 올바른 물리 법칙을 가진 우주는 결국“성공”할 것입니다. 즉, 그들은 우리 자신과 같은 의식 관찰자들의 집이 될 것입니다. 우리 우주가 훨씬 더 큰 다중 사람들 중 하나라면, 우리의 존재는 가능성이 낮은 것 같습니다.
불확실한 신호
그러나 궁극적으로 Peiris의 초기 이의 제기는 여전히 존재합니다. 실험적 증거를 수집 할 수있는 수단이 없으면 다중 가설은 정의에 따라 테스트 할 수 없습니다. 따라서, 그것은 존경받는 물리학의 변두리에 숨어있을 것입니다. 따라서 CMB에서 거품 충돌 시그니처를 감지하는 데 큰 관심이 있습니다.
.물론,“이러한 버블 충돌이 서명을 남길 수 있다고해서 서명을 남기는 것은 아닙니다.”라고 Peiris는 강조했습니다. "우리는 자연이 우리에게 친절해야합니다." 인플레이션 중에 공간이 얼마나 빨리 확장되었는지를 감안할 때 관찰 가능한 신호는 드문 발견 일 수 있습니다. 충돌은 드물지 않았을 수도 있지만, 이후의 인플레이션은“초기 우주의 다른 모든 '구조'를 희석시키는 것처럼 충돌의 영향을 희석시키는 경향이 있습니다.
Weinberg는“내 자신의 느낌은 숫자를 잘 조정하기 위해 다소 정교하게 조정해야한다는 것입니다. 버블 우주의 형성 속도가 핵심입니다. 그들이 천천히 형성 되었다면, 충돌이 발생하기 전에 공간이 확장되고 거품을 분리했기 때문에 충돌이 불가능했을 것입니다. 대안 적으로, 기포가 너무 빨리 형성되면 공간이 단절된 포켓을 형성하기에 충분히 확장되기 전에 병합되었을 것입니다. 그 사이의 어딘가에는 Goldilocks 속도, 거품이 가능한 충돌을 위해 형성해야했던 "올바른"속도가 있습니다.
.연구원들은 또한 잘못된 긍정적 인 것을 찾는 것에 대해 걱정합니다. 그러한 충돌이 일어 났고 CMB에 증거가 각인 되더라도 Telltale 패턴을 발견하는 것이 반드시 다중의 증거를 구성하는 것은 아닙니다. Weinberg는“효과를 얻고 이러한 [버블] 충돌에 대한 계산 된 예측과 일치 할 것이라고 말할 수있다. "그러나 그것은 다른 많은 것들과 일치 할 수 있습니다." 예를 들어, 왜곡 된 CMB는 우주 문자열이라는 이론적 실체의 증거 일 수 있습니다. 이들은 호수가 얼어 붙을 때 얼음에 형성되는 균열과 같습니다. 여기에서 얼음은 시공간의 직물입니다. 자기 독점은 CMB에 영향을 줄 수있는 또 다른 가상 결함입니다.
와인버그는 특히 많은 영원한 인플레이션 모델이 존재하기 때문에 이러한 다른 가능성의 차이를 알 수 있을지 확신하지 못합니다. 이론의 정확한 세부 사항을 알지 못하면, 다중 사람들을 긍정적 인 식별하려고 시도하는 것은 집이 어떻게 건설되는지 알지 못한 채 영향의 소리에 의해서만 집의 지붕에 부딪히는 두 개의 운석의 구성을 구별하는 것과 같을 것입니다.
.버블 충돌의 서명이 확인되면 Peiris는 다른 거품 우주를 더 이상 연구 할 수있는 방법을 보지 못합니다. 그러나 다중 사람들의 개념이 테스트 가능한 물리 테이블에 좌석을 가질 자격이 있다는 것은 놀라운 검증입니다.
그리고 그 신호가 우주 문자열이나 자기 독점에 대한 증거로 판명되면, 그것은 여전히 우주론의 국경에서 흥미 진진한 새로운 물리학을 구성 할 것입니다. Peiris는“우주 전자 레인지 배경 방사선은 현대 우주론의 토대”라고 말했다. "계속주는 선물입니다."
