Jak nauka oddziela hipotezy „racjonalnie naukowe” od „nienaukowych”
Idea innych wszechświatów jest głęboko zakorzeniona w science fiction. Ale nawet poza fikcją można znaleźć argumenty na temat multiwersu i wielu równoległych światów, więc Attic postanowił dowiedzieć się, jak bliskie są te idee prawdziwej fizyce.
Multiwersum, o którym Sean Carroll, ekspert w dziedzinie kosmologii i autor niedawno opublikowanej w rosyjskiej książce popularnej „Eternity. W poszukiwaniu ostatecznej teorii czasu”to hipoteza o budowie naszego Wszechświata poza granicami obszaru dostępnego dla naszej obserwacji.
Co to znaczy? Prędkość światła jest ograniczona, a Wszechświat rozszerza się we wszystkich kierunkach - podczas gdy możemy zobaczyć tylko określoną część przestrzeni. I to dalekie od tego, że świat poza jego granicami jest ułożony tak samo, jak w pobliżu Ziemi. Hipotetycznie poza sferą dostępną do obserwacji może występować np. Zupełnie inny stosunek zwykłej i ciemnej materii. Lub w ogóle - działają inne fizyczne zasady, aż do zwiększenia liczby wymiarów.
Ilustracja: Anatolij Lapushko / Chrdk.
Oczywiście zdrowy rozsądek podpowiada nam, że właściwości wszechświata powinny być wszędzie takie same. Jednak „zdrowy rozsądek” nie jest dobrą rzeczą dla kosmologii, nauki o czasoprzestrzeni na bardzo dużą skalę. Założenie, że substancja, którą znamy we Wszechświecie jest dziesięciokrotnie mniejsza od jakiejś tajemniczej ciemnej materii, również było całkowicie sprzeczne ze zdrowym rozsądkiem, ale to w takim świecie, składającym się głównie z ciemnej materii, żyjemy dzisiaj. Problem z ideą, że wszechświat zmienia się dramatycznie tam, gdzie już go nie widać, nie jest niczym niezwykłym, ale takiego pomysłu nie można przetestować.
Wszechświat o hipotetycznie różnych prawach fizycznych nazywany jest kosmologicznym multiwersem. Taki Wszechświat jest geometrycznie jeden - w tym sensie, że można narysować ciągłą linię między dowolnymi dwoma jego punktami bez budowania jakichkolwiek portali i innych egzotycznych rzeczy. I tego kosmologicznego multiwersu nie należy mylić, na przykład, z wielowymiarami w wieloświatowej interpretacji mechaniki kwantowej.
Film promocyjny:
Mechanika kwantowa wielu światów
Na drugim końcu „siatki skali wszechświata” znajduje się mikrokosmos, którego zdarzenia opisuje mechanika kwantowa. Wiemy już, że cząstki elementarne: elektrony, kwarki, gluony i ich inni kuzyni zachowują się zgodnie z regułami, których nie przestrzega się w świecie, do którego jesteśmy przyzwyczajeni. Tak więc każdą cząstkę w mechanice kwantowej można postrzegać jako falę - a pozornie „stałe” atomy, które na szkolnym kursie chemii są przedstawiane jako kule, kiedy zderzają się z przeszkodą, rozpraszają się jak fale. Każdy obiekt kwantowy jest opisywany matematycznie nie jako kulka czy punkt ograniczony w przestrzeni, ale jako funkcja falowa - istniejąca jednocześnie we wszystkich punktach swojej trajektorii w przestrzeni. Możemy tylko obliczyć prawdopodobieństwo, że zostanie znaleziony w takim czy innym miejscu. Ilości, takie jak pęd cząstki,jego energia i bardziej egzotyczne cechy, takie jak spin, są również obliczane z funkcji falowej: możemy powiedzieć, że ten matematyczny obiekt pokrywający całą przestrzeń jest fundamentalną podstawą mechaniki kwantowej i całej fizyki XX wieku.
Obliczenia dokonane na podstawie funkcji falowych i operatorów (operatory umożliwiają uzyskanie określonych wielkości z funkcji falowej) są doskonale zgodne z rzeczywistością. Na przykład elektrodynamika kwantowa jest dzisiaj najdokładniejszym modelem fizycznym w historii ludzkości, a wśród technologii kwantowych są lasery, cała nowoczesna mikroelektronika, szybki Internet, do którego jesteśmy przyzwyczajeni, a nawet szereg leków: poszukiwanie obiecujących substancji dla medycyny odbywa się również poprzez modelowanie interakcji cząsteczek. z przyjaciółką. Z zastosowanego punktu widzenia modele kwantowe są bardzo dobre, ale na poziomie koncepcyjnym pojawia się problem.
Funkcje falowe odpowiadające elektronowi w atomie wodoru na różnych poziomach energii. Obszary światła odpowiadają maksimum funkcji falowej i w tych miejscach cząstka jest najprawdopodobniej wykryta; prawdopodobieństwo znalezienia tego samego elektronu w sąsiednim pomieszczeniu, choć pomijalnie małe, nie wynosi zero.
Istota tego problemu polega na tym, że obiekty kwantowe mogą zostać zniszczone: na przykład, gdy foton (kwant światła) uderza w matrycę kamery lub po prostu zderza się z nieprzezroczystą powierzchnią. Do tego momentu foton był doskonale opisywany funkcją falową, a po chwili fala rozciągnięta w przestrzeni znika: okazuje się, że pewna zmiana wpłynęła na cały Wszechświat i nastąpiła szybciej niż prędkość światła (jak to w ogóle może być?). Jest to problematyczne nawet w przypadku pojedynczego fotonu, ale co z funkcją falową dwóch fotonów emitowanych z jednego źródła w dwóch przeciwnych kierunkach? Jeśli, na przykład, takie dwa fotony narodziły się w pobliżu powierzchni odległej gwiazdy, a jeden z nich został uchwycony na Ziemi przez teleskop, to co z drugim, który jest oddalony o wiele lat świetlnych? Formalnie tworzy jeden system z pierwszym,ale trudno wyobrazić sobie scenariusz, w którym zmiana w jednej części systemu jest natychmiast przekazywana wszystkim pozostałym. Innym przykładem układu kwantowego, w przypadku którego zanik funkcji falowej prowadzi do problemów koncepcyjnych, jest słynny kot Schrödingera, który znajduje się w zamkniętym pudełku z urządzeniem, które w oparciu o probabilistyczny proces kwantowy rozbija ampułkę trucizną lub pozostawia ją nietkniętą. Przed otwarciem pudełka kot Schrödingera jest jednocześnie żywy i martwy: jego stan odzwierciedla funkcję falową układu kwantowego wewnątrz mechanizmu z trucizną.który znajduje się w zamkniętym pudełku z urządzeniem, które w oparciu o probabilistyczny proces kwantowy rozbija ampułkę trucizną lub pozostawia ją nietkniętą. Przed otwarciem pudełka kot Schrödingera jest jednocześnie żywy i martwy: jego stan odzwierciedla funkcję falową układu kwantowego wewnątrz mechanizmu z trucizną.który znajduje się w zamkniętym pudełku z urządzeniem, które w oparciu o probabilistyczny proces kwantowy rozbija ampułkę trucizną lub pozostawia ją nietkniętą. Przed otwarciem pudełka kot Schrödingera jest jednocześnie żywy i martwy: jego stan odzwierciedla funkcję falową układu kwantowego wewnątrz mechanizmu z trucizną.
Najpopularniejsza interpretacja mechaniki kwantowej, Kopenhaga, sugeruje po prostu zaakceptowanie paradoksu świata - i przyznanie, że mimo wszystko fala / cząstka znika natychmiast. Alternatywą jest interpretacja wielu światów. Według niej nasz Wszechświat to zbiór nie oddziałujących światów, z których każdy reprezentuje jeden stan kwantowy: kiedy otwierasz pudełko z kotem, pojawiają się dwa światy - w jednym kot żyje, w drugim jest martwy. Kiedy foton przechodzi przez półprzezroczyste lustro, świat jest również podzielony na dwie części: w jednym kwant światła odbija się od powierzchni, aw drugim nie. Tak więc każdy proces kwantowy prowadzi do powstawania coraz bardziej rozgałęzionych światów.
Teoretycznie niektóre z tych gałęzi mogą się bardzo różnić od naszych. Jeden atom, który leciał w złym kierunku wkrótce po Wielkim Wybuchu, mógł równie dobrze doprowadzić do innego rozkładu gorącego gazu, narodzin gwiazd w zupełnie innych miejscach, aw rezultacie do tego, że Ziemia w zasadzie nie powstała. Ale tego obrazu nie można nazwać problemem interpretacji wielu światów. Prawdziwy problem polega na niemożności zweryfikowania poprawności tego rozumienia mechaniki kwantowej w praktyce: poszczególne elementy wielorakiego Wszechświata z definicji nie oddziałują ze sobą.
Idea podróży w czasie i alternatywnych wszechświatów bardzo się zużyła od czasów klasycznej fikcji. Oprócz znanego wśród fanów gatunku określenia „płatny zabójca” (bohater z naszych czasów odnajduje się np. W czasach Iwana Groźnego), można przywołać parodię filmu Kung Fury, z którego zrobiono ten zrzut ekranu.
Gdzieś być może jest Ziemia zamieszkana przez inteligentne dinozaury, gdzieś Wielkie Imperium Mongolskie wylądowało na księżycach Jowisza w 1564 roku, ale między tymi światami nie ma portali - rozeszły się one w wyniku procesów kwantowych w odległej przeszłości. Teoria, która sugerowałaby możliwość dostania się do jednego z tych światów z punktu widzenia filozofii nauki, byłaby nie mniej, ale bardziej naukowa, skoro można by spróbować ją przetestować.