Jeśli myślałeś, że wszystko ogranicza się do tego, co znaleźliśmy poza kosmicznym horyzontem, przygotuj się na zmianę zdania.
„Trudno jest budować modele inflacji, które nie prowadzą do multiwersu. Nie jest to niemożliwe, więc jestem pewien, że potrzebne są dalsze badania. Ale większość modeli inflacji prowadzi do multiwersu, a dowody na inflację popchną nas w kierunku poważnej akceptacji [wielu wszechświatów]”- powiedział Alan Guth, amerykański fizyk i kosmolog, który był kiedyś pionierem koncepcji inflacji lub kosmicznej ekspansji.
Wyobraź sobie, że wszechświat, który obserwujemy - od końca do końca - jest tylko kroplą w kosmicznym oceanie. Że poza tym, co widzimy, jest więcej przestrzeni, więcej galaktyk, a przede wszystkim niezliczone miliardy lat świetlnych dalej, niż kiedykolwiek możemy dotrzeć. I tak rozległy, jak może być wszechświat, tak samo niezliczona może być liczba podobnych wszechświatów - niektóre większe i starsze, inne mniejsze i młodsze - rozproszonych w czasoprzestrzeni. I tak szybko, jak te wszechświaty się rozszerzają, czasoprzestrzeń zawierająca je rozszerza się jeszcze szybciej, odciągając je dalej od siebie i zapewniając, że żadne dwa wszechświaty nigdy się nie spotkają. Brzmi jak science fiction? To jest naukowa idea multiwersu lub wielu wszechświatów. Ale jeśli pogląd naukowy, który przyjmujemy dzisiaj, jest poprawny,idea ta będzie nie tylko adekwatna, ale także będzie nieuniknioną konsekwencją naszych podstawowych praw, mówi fizyk Ethan Siegel.
Idea wielu wszechświatów jest zakorzeniona w fizyce potrzebnej do opisania wszechświata, który widzimy i zamieszkujemy dzisiaj. Na całym niebie widzimy gwiazdy i galaktyki skupione w dużej kosmicznej sieci. Ale im dalej w kosmos patrzymy, tym dalej cofamy się w czasie. Im dalej galaktyki są, tym są młodsze i przez to mniej rozwinięte. Ich gwiazdy mają mniej ciężkich pierwiastków, wydają się mniejsze, ponieważ jest mniej połączeń, więcej spiral i mniej elips (ponieważ te ostatnie wymagają czasu) i tak dalej. Jeśli przejdziemy do granic tego, co widzialne, znajdziemy pierwsze gwiazdy we Wszechświecie, a poza nimi - obszar ciemności, w którym jest tylko jedno światło: poświata Wielkiego Wybuchu.
Sam Wielki Wybuch - który miał miejsce 13,8 miliarda lat temu - nie był początkiem czasu i przestrzeni, ale raczej początkiem naszego obserwowalnego wszechświata. Wcześniej była era znana jako kosmiczna inflacja, kiedy sama przestrzeń rozszerzała się wykładniczo, wypełniona energią tkwiącą w strukturze czasoprzestrzeni. Kosmiczna inflacja sama w sobie jest przykładem teorii, która pojawiła się i zastąpiła poprzednią:
„Było to zgodne ze wszystkimi sukcesami teorii Wielkiego Wybuchu i obejmowało całą współczesną kosmologię.
- Wyjaśniła szereg problemów, których Wielki Wybuch nie potrafił wyjaśnić, w tym, dlaczego wszechświat miał wszędzie taką samą temperaturę, dlaczego jest przestrzennie płaski i dlaczego nie pozostały tam relikty o wysokiej energii, takie jak monopole magnetyczne.
Film promocyjny:
„I sformułowała wiele nowych przewidywań, które można było przetestować obserwacyjnie, z których większość została potwierdzona.
Była jednak jedna konsekwencja, którą przewidywała teoria inflacji. Nie wiemy, czy możemy to potwierdzić, czy nie: wiele wszechświatów.
Inflacja prowadzi do wykładniczego rozszerzania się przestrzeni, co może bardzo szybko doprowadzić do tego, że jakakolwiek wcześniej istniejąca zakrzywiona przestrzeń będzie wyglądać na płaską.
Inflacja powoduje wykładniczy wzrost przestrzeni. Oznacza to, że bierzesz wszystko, co istniało przed Wielkim Wybuchem i staje się dużo, dużo, dużo więcej niż było. Jak dotąd to nam odpowiada: wyjaśnia, w jaki sposób otrzymaliśmy jednorodny i ogromny wszechświat. Kiedy inflacja się kończy, wszechświat jest wypełniony materią i promieniowaniem, których pojawienie się postrzegamy jako rozpalony do czerwoności Wielki Wybuch. I tu zaczynają się dziwactwa. Aby inflacja się skończyła, bez względu na to, które pole kwantowe jest za nią odpowiedzialne, musi przejść ze stanu niestabilnego o wysokiej energii do stanu niskoenergetycznego i stabilnego. To przejście i „zsuwanie się” w dół do doliny jest tym, co kończy inflację i powoduje Wielki Wybuch.
Ale bez względu na to, które pole jest odpowiedzialne za inflację, tak jak we wszystkich innych obszarach podlegających prawom fizyki, musi być z natury polem kwantowym. Podobnie jak wszystkie pola kwantowe, jest opisywane funkcją falową z prawdopodobieństwem propagacji fali w czasie. Jeśli wielkość pola będzie powoli wtaczać się w dolinę, kwantowe rozprzestrzenianie się funkcji falowej będzie szybsze niż roll-off, co oznacza, że jest możliwe - a nawet prawdopodobne - inflacja stopniowo doprowadzi do Wielkiego Wybuchu.
Gdyby inflacja była polem kwantowym, wielkość tego pola zmieniałaby się w czasie, a różne regiony przestrzeni przyjmowałyby różne realizacje wartości pola. W wielu regionach wartość pola spadnie do dna doliny, kończąc inflację, ale w wielu innych inflacja będzie trwać tak długo, jak chcesz w przyszłości.
Ponieważ podczas inflacji przestrzeń rozszerza się wykładniczo, oznacza to, że z czasem powstaje wykładniczo więcej obszarów przestrzeni. Na niektórych obszarach inflacja się skończy: tam, gdzie pole zapadnie się w dolinę. Ale w innych, inflacja będzie trwać nadal, tworząc coraz więcej przestrzeni wokół każdego obszaru, w którym kończy się inflacja. Stopa inflacji jest znacznie szybsza niż nawet maksymalne tempo ekspansji Wszechświata wypełnionego materią i energią, dlatego w możliwie najkrótszym czasie obszary inflacji obejmują wszystko. Zgodnie z mechanizmami, które zapewniają nam wystarczającą inflację, aby stworzyć wszechświat, który widzimy, nasz region przestrzeni, w którym zakończyła się inflacja, otoczony jest znacznie większą liczbą innych regionów - w których inflacja trwa lub nie kończy się natychmiast.
Inflacja trwa w nieskończoność, pomimo obszarów, w których się skończyła
To tutaj pojawia się zjawisko znane jako wieczna inflacja. Tam, gdzie kończy się inflacja, rodzi się Wielki Wybuch, a wszechświat - podobnie jak ten, który widzimy - jest podobny do naszego. Ale tam, gdzie inflacja się nie kończy, rodzi się większa przestrzeń inflacyjna, co daje początek innym regionom, w których nastąpi wielki wybuch, odrębnym od naszego, oraz innym regionom, w których zaczyna się inflacja.
Jak duży jest nasz wszechświat, to tylko niewielki ułamek wszystkiego, co naprawdę istnieje
Ten obraz rozległych wszechświatów, znacznie większy niż skromna część, którą jesteśmy w stanie obserwować, nieustannie tworzony przez rozszerzającą się przestrzeń, to multiwers. Ważne jest, aby zrozumieć, że multiwers nie jest sam w sobie teorią naukową. Nie przewiduje prognoz i obserwowalnych zjawisk, do których możemy dotrzeć. Nie, sam wieloświat jest teoretyczną prognozą wynikającą z praw fizyki, które wydedukowaliśmy do tej pory. Być może jest to nawet nieunikniona konsekwencja tych praw: jeśli weźmiemy inflacyjny wszechświat rządzony przez fizykę kwantową, otrzymamy to.
Być może nasze rozumienie tego stanu sprzed Wielkiego Wybuchu jest błędne, a nasze rozumienie inflacji jest całkowicie błędne. W takim przypadku istnienie wielu wszechświatów nie będzie ostateczną konsekwencją. Ale przewidywania wiecznej inflacji, zawierające niezliczone kieszonkowe wszechświaty, są bezpośrednią konsekwencją naszych najlepszych teorii, jeśli są poprawne.
Czym w takim razie jest multiwers? Może wykraczać poza fizykę i stać się pierwszą fizycznie motywowaną „metafizyką”, jaką kiedykolwiek napotkaliśmy. Po raz pierwszy rozumiemy ograniczenia tego, czego może nas nauczyć nasz wszechświat. Do tego czasu możemy przewidywać, ale nie możemy potwierdzić ani zaprzeczyć temu, że nasz wszechświat jest tylko jedną małą częścią większej sfery: multiwersem.
Ilya Khel