Istnienie wszechświatów równoległych może wydawać się fantastycznym pytaniem, które mogą sobie zadać tylko pisarze science fiction i które nie ma nic wspólnego ze współczesną fizyką teoretyczną. Jednak idea, że żyjemy w wielu wszechświatach równoległych wszechświatów, od dawna uważana jest za uzasadnioną naukowo - aczkolwiek wysoce kontrowersyjną. Jednak poszukiwania sposobów sprawdzenia tej teorii, w tym skanowanie nieba pod kątem zderzeń z innymi wszechświatami, są już zaawansowane.
Należy pamiętać, że teoria wielu wszechświatów nie jest tak naprawdę teorią, ale raczej konsekwencją naszego obecnego rozumienia fizyki teoretycznej. To ważna różnica. Nie możemy się poddać i powiedzieć: „OK, miejmy multiwers”. To, że nasz wszechświat może być jednym z wielu innych, wynika z aktualnych teorii, takich jak mechanika kwantowa i teoria strun.
Interpretacja wielu światów
Być może słyszałeś o eksperymencie myślowym z kotem Schrödingera, przerażającym zwierzęciem, które żyje w zamkniętym pudełku. Otwarcie pudełka pozwala nam poznać jedną z możliwych historii naszego przyszłego kota, w tym tę, w której żyje i nie żyje. Wydaje się to niemożliwe, ponieważ nasza ludzka intuicja po prostu nie zna tego wyniku.
Jednak zgodnie z dziwnymi regułami mechaniki kwantowej taka przyszłość jest całkiem możliwa. Przyczyną takiego stanu rzeczy może być ogromna przestrzeń możliwości mechaniki kwantowej. Matematycznie stan mechaniki kwantowej jest sumą (superpozycją) wszystkich możliwych stanów. W przypadku kota Schrödingera kot znajduje się w superpozycji stanów „żywy” i „martwy”.
Ale jak możemy to wszystko pogodzić ze zdrowym rozsądkiem? Można założyć, że ze wszystkich tych stanów tylko jeden jest „obiektywnie prawdziwy”: który obserwujemy. Ale można założyć, że wszystkie możliwości są prawdziwe i że istnieją one w różnych wszechświatach wielu wszechświatów.
Film promocyjny:
Krajobraz ciągów
Teoria strun jest jednym z naszych najbardziej (jeśli nie najbardziej) obiecujących obszarów badań, które mogą łączyć mechanikę kwantową i grawitację. Jest to niezwykle trudne, ponieważ siłę grawitacji trudno opisać na małych odległościach, w których funkcjonują atomy i cząstki subatomowe - w dziedzinie mechaniki kwantowej.
Jednak teoria strun, która twierdzi, że wszystkie podstawowe cząstki są zbudowane z jednowymiarowych strun, może opisać jednocześnie wszystkie znane siły natury: grawitację, elektromagnetyzm i oddziaływania jądrowe.
Jednak aby teoria strun działała matematycznie, wymaga co najmniej dziesięciu wymiarów fizycznych. Ponieważ możemy obserwować tylko cztery wymiary: wysokość, szerokość, głębokość (przestrzenna) i czas (czasowa), dodatkowe wymiary teorii strun muszą być w jakiś sposób ukryte.
Aby wykorzystać tę teorię do wyjaśnienia zjawisk fizycznych, które znamy, te dodatkowe wymiary muszą zostać „zagęszczone”, zwinięte tak, aby nie można ich było zobaczyć. Być może w każdym punkcie naszych czterech głównych wymiarów istnieje sześć dodatkowych nierozróżnialnych wymiarów.
Problem, lub, jak niektórzy powiedzieliby, cecha teorii strun polega na tym, że istnieje wiele sposobów przeprowadzenia tego zagęszczenia - 10 ^ 500 możliwości. Każde z tych zagęszczeń prowadzi do wszechświata o różnych prawach fizycznych - o różnych masach elektronów i stałych grawitacyjnych. Istnieją jednak energetyczne zastrzeżenia co do metodologii zagęszczania, więc problemu nie można uznać za rozwiązany.
Z tego wszystkiego powstaje pytanie: w którym z możliwych krajobrazów strun żyjemy? Sama teoria strun nie dostarcza mechanizmu dla tej prognozy, co czyni ją bezużyteczną ze względu na jej niesprawdzalną naturę. Na szczęście pomysł leżący u podstaw naszej eksploracji kosmologii wczesnego wszechświata przekształcił ten błąd w funkcję.
Wczesny wszechświat
W czasach najwcześniejszego wszechświata, jeszcze przed Wielkim Wybuchem, wszechświat przeszedł przez okres przyspieszonej ekspansji - inflacji. Inflacja miała pierwotnie wyjaśnić, dlaczego temperatura obecnego obserwowalnego wszechświata jest prawie jednolita.
Jednak teoria ta przewidywała również spektrum wahań temperatury wokół tej równowagi, co zostało później potwierdzone przez Cosmic Backgroung Explorer, Wilkinson Microwave Anisotropy Probe oraz sondę PLANCK.
Chociaż dokładne szczegóły tej teorii są nadal gorąco dyskutowane, inflacja jest dobrze przyjmowana przez fizyków. Jednak implikacja tej teorii jest taka, że muszą istnieć inne części Wszechświata, które wciąż przyspieszają.
Jednak z powodu fluktuacji kwantowych w czasoprzestrzeni niektóre części wszechświata nigdy nie osiągną ostatecznego stanu inflacji. Oznacza to, że wszechświat, przynajmniej zgodnie z naszym obecnym rozumieniem, będzie w stanie ciągłej inflacji. Niektóre jego części mogą w końcu stać się innymi wszechświatami, te z kolei inne. Taki mechanizm tworzy nieskończoną liczbę wszechświatów.
Jeśli połączysz ten scenariusz z teorią strun, istnieje możliwość, że każdy z tych wszechświatów ma inne zagęszczenie dodatkowych wymiarów, a zatem inne prawa fizyczne.
Testowanie teorii
Takie wszechświaty, przewidywane przez teorię strun i inflacji, które żyją w tej samej przestrzeni fizycznej (w przeciwieństwie do wielu wszechświatów mechaniki kwantowej, które żyją w przestrzeni matematycznej), mogą się nakładać lub zderzać. Nieuchronnie zderzą się, pozostawiając na kosmicznym niebie możliwe ślady, których będziemy mogli szukać.
Dokładne szczegóły tych sygnatur zależą od konkretnych modeli - od zimnych do gorących punktów na kosmicznym mikrofalowym tle, po anomalne puste przestrzenie w rozmieszczeniu galaktyk. Jednakże, ponieważ zderzenia z innymi wszechświatami muszą zachodzić w określonym kierunku, oczekuje się, że wszelkie sygnatury naruszą jednolitość naszego obserwowalnego wszechświata.
Naukowcy aktywnie poszukują tych podpisów. Niektórzy zaglądają do śladów kosmicznego mikrofalowego tła, poświaty Wielkiego Wybuchu. Jednak nie znaleziono jeszcze takich podpisów. Inni szukają pośredniego potwierdzenia w postaci fal grawitacyjnych, zmarszczek w strukturze czasoprzestrzeni, które pojawiają się, gdy przechodzą przez nią masywne obiekty. Takie fale mogą bezpośrednio potwierdzić istnienie inflacji, co jeszcze bardziej wzmocni teorię wielu wszechświatów.
Nie wiadomo, czy możemy udowodnić ich istnienie, czy nie. Biorąc jednak pod uwagę olbrzymie implikacje takich dowodów, z pewnością warto kontynuować poszukiwania.
ILYA KHEL
