Wyobraź sobie fizyka siedzącego w klatce z pistoletem wycelowanym bezpośrednio w jego głowę. Kierunek wirowania przypadkowej cząstki w pomieszczeniu jest mierzony co kilka sekund. Jeśli obrót jest w jednym kierunku, pistolet strzela i fizyk ginie. Jeśli do drugiego, słychać tylko dźwięk kliknięcia i fizyk przeżyje. Więc szanse na przeżycie fizyka wynoszą 50-50, prawda?
Wszystko może nie być takie proste, jeśli żyjemy w multiwersie - to znaczy oprócz naszego wszechświata, który nazywamy naszym własnym, istnieje wiele innych.
Słynny eksperyment myślowy zwany „samobójstwem kwantowym” zaczyna się od scenariusza z fizykiem i bronią i jest to jeden ze sposobów, aby spróbować zrozumieć, czy żyjemy tylko w jednym z wielu (i potencjalnie nieskończonych) wszechświatów.
Ten eksperyment myślowy opiera się na mechanice kwantowej i idei, że nie ma jednej obiektywnej rzeczywistości. Wszystko, co widzimy wokół siebie, jest tylko jedną z możliwych konfiguracji wszystkich prawdopodobieństw wystąpienia tego lub innego zdarzenia. Jedną z interpretacji mechaniki kwantowej jest to, że wszystkie inne zestawy prawdopodobieństw mogą istnieć we własnych, oddzielnych wszechświatach. Jeśli więc podążysz za eksperymentem myślowym, biorąc pod uwagę tę interpretację, to kiedy zmierzysz drugą cząstkę, wszechświat podzieli się na dwie, z których każda będzie miała swoją własną możliwą wersję wystąpienia zdarzeń: w których żyje fizyk iw którym umarł.
Jego przetrwanie jest teraz powiązane z prawdopodobieństwem kwantowym, więc wydaje się być jednocześnie żywy i martwy - tylko w różnych wszechświatach. Jeśli nowy wszechświat rozdziela się za każdym razem, gdy mierzona jest cząstka, a broń albo strzela, albo nie, to w jednym z tych wszechświatów fizyk w końcu przeżyje, powiedzmy, 50 pomiarów cząstek. Można to porównać do monety rzuconej 50 razy z rzędu. Prawdopodobieństwo, że 50 razy z rzędu wypadną reszki, jest bardzo małe, ale jest - szansa dąży do zera.
A jeśli tak się stanie, fizyk zrozumie, że multiwers jest rzeczywisty, aw konkretnym przypadku - w opisywanym eksperymencie - fizyk jest naprawdę nieśmiertelny, ponieważ broń nigdy nie strzela. Ale stanie się także jedyną osobą, która wie, że te równoległe wszechświaty istnieją. A ilu fizyków będzie musiało „wydać”, żeby się upewnić.
Istnieją jednak inne, bardziej inteligentne wersje wielu wszechświatów, które są wspierane matematycznie i potencjalnie testowalne.
„Dla niektórych wszechświaty równoległe są jak przeskakiwanie przez portal do innego świata lub coś w tym rodzaju” - mówi Matthew Johnson, fizyk z Perimeter Institute. „Ale to zupełnie inna sprawa”.
Film promocyjny:
Rzeczywiste obserwowalne dowody wielu wszechświatów będą trudne do znalezienia, ale możliwe. I tak właśnie planują to fizycy.
Wersje Multiverse
W rzeczywistości istnieje kilka teorii wszechświata wielokrotnego, a multiwers z eksperymentu myślowego z „samobójstwem kwantowym”, w którym każda możliwość staje się rzeczywistością, jest jedną z najbardziej radykalnych.
Fizyk z Massachusetts Institute of Technology, Max Tegmark, sugeruje rozbicie wielu teorii wszechświata na cztery różne typy, aby ułatwić myślenie.
Skoncentrujemy się na pierwszym poziomie multiwersu - te wersje są łatwiejsze do zrozumienia niż inne. Na pierwszym poziomie mamy też całkiem spore szanse na znalezienie dowodów na to, że multiwers jest prawdziwy.
Wiele wszechświatów wywodzi się z matematycznych przewidywań wcześniej istniejących teorii, a wieloświat poziomu 1 jest przewidywany przez bardzo szanowaną i potężną ideę w fizyce: inflację.
Co rozumiemy przez „wszechświat”?
Aby zrozumieć ideę wielu wszechświatów, musisz najpierw zdefiniować, co mamy na myśli, mówiąc „wszechświat”. Nasza definicja „wszechświata” zmieniła się niejednokrotnie, na przykład kiedy wynaleźliśmy pierwszy teleskop, spojrzeliśmy w kosmos i dowiedzieliśmy się, że gwiazdy nie są przymocowane do nieba za pomocą gwoździ, a Ziemia nie jest sama w przestrzeni.
Ale wszechświat jest znacznie większy, niż możemy zobaczyć przez teleskop, mówi Johnson. Nasz wszechświat to tylko kula światła, która miała wystarczająco dużo czasu, aby do nas dotrzeć. Jeśli poczekamy kolejny miliard lat, zobaczymy jeszcze więcej, a nasza koncepcja wszechświata ponownie wywróci się do góry nogami, mówi Tegmark.
Ktoś stojący na planecie oddalonej o tryliony lat świetlnych będzie miał zupełnie inny obraz „wszechświata” oparty na tym, ile światła padło na jego planetę.
Z definicji nie możemy dotrzeć do innych baniek wszechświatów, ponieważ nie ma sposobu, aby podróżować szybciej niż światło. Chociaż nie możemy ich zobaczyć, fizycy uważają, że nadal można znaleźć ślady ich urodzenia.
Gdzie jest dowód?
Idea stojąca za inflacją polega na tym, że w czasie jej powstania nasz wszechświat przeszedł przez okres gwałtownej ekspansji (bezpośrednio po Wielkim Wybuchu), kiedy nanometr przestrzeni nagle eksplodował 250 milionów lat świetlnych w mniej niż jedną bilionową sekundy.
Kiedy inflacja się zaczęła, nigdy całkowicie się nie zatrzymała. W niektórych obszarach czasoprzestrzeni zatrzymuje się, w których obszary przestrzeni zmieniają się w bąbelki, jak wszechświat, który widzimy wokół, ale w innych miejscach przestrzeń nadal się rozszerza. Jeśli ekspansja jest nieskończona, a wielu tak uważa, to ciągle powstają nowe bąble wszechświatów. To pozostawia ślad bąbelków. Dryfujemy w czasoprzestrzeni w spienionym jacuzzi wszechświatów.
Ponownie, nie ma sposobu na komunikację z innymi wszechświatami bąbelków, ponieważ nie możemy podróżować szybciej niż światło. Ale teoretycznie możemy udowodnić, że istnieją. A oto jak.
Kiedy nasz wszechświat bąbelkowy uformował się po raz pierwszy, możliwe jest, że zderzył się z innymi wszechświatami bąbelkowymi, które tworzą się wokół naszego. Jest mało prawdopodobne, abyśmy nadal byli blisko nich, ponieważ postępująca ekspansja czasoprzestrzeni prowadzi nas coraz dalej.
Jednak skutki wczesnych zderzeń mogły wpłynąć na kosmiczne mikrofalowe tło (ciepło z Wielkiego Wybuchu). Teoretycznie moglibyśmy dostrzec te zmarszczki za pomocą teleskopów. Byłby to odbarwiony dysk - jak siniak na ciele mikrofalowego tła.
Jones szuka takich „siniaków”, ale wiele zależy od tego, jak szybko pojawiły się inne wszechświaty bąbelkowe i ile ich może być. Jeśli jest kilka bąbelków, być może w ogóle ich nie napotkaliśmy.
Teleskop Kosmiczny Plancka nasłuchuje obecnie nieba w poszukiwaniu dowodów takich zderzeń z innymi wszechświatami.
Multiwersum wewnątrz LHC
Różni fizycy mają różne teorie wieloświata. Ta wersja wywodzi się z teorii strun, a także z idei istnienia wielu innych wymiarów, do których po prostu nie mamy dostępu (jak w sytuacji, w jakiej znalazł się bohater McConaugheya w filmie „Interstellar”). Niektórzy fizycy uważają, że równoległe wszechświaty ukrywają się w tych dodatkowych wymiarach.
Ta idea multiwersu jest również sprawdzalna
Fizycy będą poszukiwać mikroskopijnych czarnych dziur w Wielkim Zderzaczu Hadronów, który niedawno został uruchomiony. LHC nie może wytworzyć czarnej dziury, która będzie niebezpieczna, ale zgodnie z tą teorią możliwe jest stworzenie mikroskopijnych czarnych dziur, które natychmiast wyparują. Obecność czarnych dziur oznaczałaby, że grawitacja naszego wszechświata przenika do dodatkowych wymiarów.
„Ponieważ grawitacja może wypływać z naszego Wszechświata do dodatkowych wymiarów, taki model można przetestować, odkrywając miniaturowe czarne dziury w LHC” - powiedział fizyk Mir Faisal. „Obliczyliśmy energię, przy której należy wykryć te czarne dziury w grawitacyjnej tęczy. Jeśli znajdziemy czarne dziury przy tej energii, wiemy, że zarówno teoria tęczy grawitacyjnej, jak i teoria dodatkowych wymiarów są poprawne.
Byłby to przekonujący dowód na teorię strun i wszechświatów równoległych, a także pomógłby wyjaśnić, dlaczego grawitacja jest o wiele słabsza niż inne siły podstawowe.
Jednak nie ma jeszcze poważnego potwierdzenia. Tylko wątpliwości
„Wierzę tylko w to, co jest poparte konkretnymi, sprawdzalnymi dowodami doświadczalnymi, a koncepcja wszechświatów równoległych nie może się tym pochwalić” - mówi Brian Green, fizyk teoretyczny z Columbia University.
Problem w tym, jak twierdzi Johnson, że fizycy odchodzą od filozoficznych dyskusji na temat wielu wszechświatów. Niektórzy chcą po prostu przetestować pomysł. Inni mają radykalne i niesprawdzalne teorie. Tegmark mówi, że spróbuje poeksperymentować z samobójstwem kwantowym, gdy będzie stary i wątły. Ale miejmy nadzieję, że tylko żartuje.