Jeśli usuniesz wszystko z części wszechświata, co zostanie? Można by pomyśleć, że „nic”, ale tak nie jest. Możesz usunąć wszystkie cząstki i antycząstki, wszystkie możliwe rodzaje promieniowania, całą krzywiznę przestrzeni i zmarszczki fal grawitacyjnych - i pozostać w całkowicie pustej przestrzeni, gdzie nie ma się czym zajmować. Czy naprawdę nie będzie przed tobą „nic”? A może coś będzie?
Ten stan jest zwykle określany jako próżnia kwantowa. To najniższy energetyczny stan pustej przestrzeni. I, co zaskakujące, fizyka kwantowa uczy nas, że zerowa energia, czyli stan bazowy Wszechświata, nie jest w rzeczywistości zerowa. Wręcz przeciwnie, jest to ostateczna, dodatnia wartość, która:
- została zmierzona obserwacyjnie - dzięki efektom ciemnej energii - i była w przybliżeniu odpowiednikiem energii spoczynkowej jednego protonu na metr sześcienny;
- i obliczono teoretycznie, na ile potrafimy, że powinna być 10,120 razy większa od tej wartości.
Nie jest przesadą stwierdzenie, że wystarczająco dobrze rozumiemy fizykę „niczego” i nie mamy dobrego wyjaśnienia, dlaczego ta zerowa energia nie zmniejsza się ani nie wyparowuje (i nie zmienia się wcale) w czasie.
W ciągu następnych kilku dekad obserwatoria kosmiczne - takie jak kosmiczne obserwatoria Euclid ESA i nadchodząca misja WFIRST NASA - będą w stanie ograniczyć błąd tej stałej zerowej energii w czasoprzestrzeni do 1%. (Chociaż jest to 8%). Mierząc, jak wszechświat rozszerzał się w swojej historii w wielu różnych miejscach i bardzo różnych odległościach od nas, możemy potwierdzić, że zerowa energia wszechświata jest wszędzie taka sama.
Ale czy byłby to odpowiednik „niczego”? A co jest ważniejsze, nasze zrozumienie i postrzeganie natury „niczego”: iluzji czy klucza do zrozumienia najważniejszych tajemnic wszechświata?
Film promocyjny:
Fizycy Laura Mersini-Houghton i John Ellis, a także filozof James Leydimen dyskutowali niedawno na ten temat na spotkaniu Instytutu Sztuki i Idei w Stanach Zjednoczonych. Problem w tym, że chociaż nie jest to złudzenie, nie możemy zgodzić się co do tego, co rozumie się przez „nicość” (czyli „nic”, „pustka”). Mianowicie:
- Czy jest to podstawowy stan energetyczny, który mógł występować w przeszłości (na przykład znacznie wyższy)? Na przykład podczas kosmicznej inflacji.
- Czy jest to stan poza przestrzenią i czasem, z którego faktycznie powstaje czasoprzestrzeń (z prawdziwego stanu pustki)? Czy taki stan w ogóle istnieje i czy jego istnienie będzie miało sens?
- Czy jest to stan pustki we wszechświecie, który może różnić się od podobnego stanu w innej kieszeni multiwersu?
- Czy jest to kosmiczna próżnia, z całą swoją wirtualną energią, która może się zmieniać w zależności od tego, co w niej jest?
Dziwnie jest wierzyć, że „nasza pustka” nie może być taką „pustką” nigdzie indziej, w innych miejscach.
Ale wydaje nam się, że tutaj rozpoczął się Wielki Wybuch! W przejściu od wyższej energii zerowej do niższej rozszerzający się wszechświat, wypełniony energią tkwiącą w samej przestrzeni, przeszedł w niższy stan, a przejście to doprowadziło do powstania całej materii, antymaterii i promieniowania w naszym wszechświecie. Jest nawet możliwe, że w przyszłości czeka nas kolejna podobna zmiana, z innym, zimniejszym, Wielkim Wybuchem.
To prawda, że takie rozumowanie niewiele nas cieszy. Ta „fizyka niczego” brzmi jak fizyka czegoś. Kiedy nie chcemy niczego zrozumieć, nasze idee wyprowadzają nas z kosmosu, nawet przed narodzinami Wszechświata, w przeciwnym razie po co? Jak możesz mówić o czymś „dla”, kiedy nie masz miejsca? Jak możesz zrozumieć, czym jest „przed”, jeśli nie ma czasu?
Czymkolwiek to „nic” nie jest, zawiera cały wszechświat.
Wielu fizyków twierdzi, że nie da się niczego dokładnie zrozumieć, dopóki nie zrozumiemy, czym jest „nic”. Ponieważ nie rozumiemy, skąd pochodzą podstawowe prawa, jeśli nie rozumiemy, które podstawowe prawa rządzą naturą pustej przestrzeni.
Możemy więc powiedzieć, że nasz Wszechświat naprawdę powstał z nicości, z pustki, z niczego, a jego stan końcowy może asymptotycznie dążyć do nieistnienia po długim okresie czasu. Ale tylko wtedy, gdy przyjmiemy nasz opis fizycznego „niczego” jako prawdziwego niczego. Sama definicja „niczego” nie może zależeć od naszej definicji przestrzeni, czasu i „reguł” wszechświata; fizycy, filozofowie i inni nie muszą się w tej kwestii zgadzać. Po prostu nie ma fizycznego eksperymentu, który pozwoliłby nam powiedzieć, heh, wygląda na to, że w końcu zmieniliśmy to w nic.
Ale są rzeczy, których jesteśmy pewni: nie zawsze istnieliśmy; nie zawsze będziemy istnieć; istniejemy teraz. Bez względu na to, czym jest „nic”, wszyscy jesteśmy czymś. I wszystko, w takim czy innym stopniu, powstało z niczego, czymkolwiek to było. O ile zrozumiemy Wszechświat, pewnego dnia powróci on do stanu niekończącej się fizycznej pustki. Ale jaki będzie charakter tej ostatecznej „pustki” - jeszcze nie odpowiedzieliśmy na to pytanie.
ILYA KHEL