Miért nem csak őrület a multiverzum?

Miért nem csak őrület a multiverzum?

Animáció: G VNCT

Alternatív valóságok, párhuzamos dimenziók és több univerzum. Bárhogyan is nevezzük, a létezés más változatainak fogalma a sci-fi egyik legnépszerűbb trópusa. Egy másik univerzumban nem ezt a mondatot olvasod, hanem ejtőernyős ugrást. Egy másikban nem vagy más, mint egy csótány. Egy másikban nemcsak az élet lehetetlen, hanem az atomok sem léteznek.



Az utóbbi években azonban az ilyen őrültnek tűnő ötletek a fantáziáktól és a spekulációktól a jóhiszemű tudomány felé fordultak. A multiverzum még a fizikusok körében is általánossá vált.

Elméletileg a végtelen univerzumok túlnyúlhatnak a miénken, mint végtelen buborékok a forró víz tengerében. Minden buboréknak megvannak a saját fizikatörvényei, és bár lehet, hogy soha nem látogatunk meg, vagy nem is látunk még egy buborékot, egyes fizikusok szerint a növekvő bizonyítékok egyre valószínűbbé, sőt valószínűbbé teszik a multiverzum létezését.

„Tizenöt évvel ezelőtt, amikor a multiverzumról beszélt, sok fizikus hozzáállása csak nevetséges volt” – mondja Alex Vilenkin, a Tufts Egyetem fizikusa. – De nagy változás történt a hozzáállásban.

Ennek ellenére a multiverzum fogalma ellentmondásos és időnként vitatott. Sok tudós érthető módon szkeptikus. Néhányan még ezt az elképzelést is elutasítják. Mások, például Vilenkin számára azonban a multiverzum melletti érvek annyira meggyőzőek, hogy azt követelik, hogy a tudomány vegye komolyan.



A tudósok azon gondolkodtak a multiverzum különféle formái évtizedek óta. 1957-ben például Hugh Everett fizikus egy új módot javasolt a kvantumfizika bizarr paradoxonainak értelmezésére, például arra, hogy egy részecske hogyan lehet egyszerre két állapotban, vagy makroszkopikus kiterjesztéssel. Schrodinger macskája lehet halott és élő is. Everett azt javasolta, hogy amikor megfigyeljük a részecskét vagy ellenőrizzük a macskát, két külön valóság ágazik el egymástól: A macska az egyikben halott, a másikban él. A fizikusok ezt a képet a kvantummechanika sokvilág-értelmezésének nevezték el.

Ez a sok világ párhuzamos univerzum, amely egy absztrakt, matematikai tér különböző régióiban él egymás mellett, örökre elzárva egymástól. Ma, bár csak egy kisebbség támogatja ezt a felfogást, a kvantumfizikusok még mindig vitatják a kérdést.

Ám az 1980-as évek elején a fizikusok rájöttek, hogy létezhet egy másfajta multiverzum is – olyan, amelyben más univerzumok nem valami elvont párhuzamos térben, hanem távoli fizikai helyeken, ugyanazon a tér- és időszöveten belül, mint a mi univerzumunk. Megdöbbentő felvetés volt, de ezek az úgynevezett buborék-univerzumok a kozmológia egy új képének a következményeinek tűntek, amely éppen csak megerősödött.

1980-ban Alan Guth, a Massachusetts Institute of Technology fizikusa azt javasolta, hogy az ősrobbanás utáni korai pillanatokban az univerzum különösen gyorsan felpörgött, mielőtt visszatért volna normál tágulásába. Egyfajta visszataszító gravitáció hajtja, ez az átmeneti inflációs időszak, ahogy ő nevezte, megmagyarázhatja, hogy a kozmosz miért sima és lapos – ezek a jellemzők zavarba ejtették a kozmológusokat.

„A legegyszerűbb feltevésekkel az örök inflációhoz és a multiverzumhoz jutsz. Ha ezen a fronton konzervatív vagy, az rávezet erre a radikális dologra.”

Manapság a legtöbb kozmológus elfogadja az infláció általános előfeltevését, és számos lehetséges modellt javasoltak annak magyarázatára, hogyan történt ez a gyors léggömböc. „Az idő előrehaladtával az egyszerű inflációs modellek előrejelzésének megfigyelési sikere egyre jobb és jobb” – mondja Guth.

Például az elmúlt néhány évtizedben olyan műholdak, mint a WMAP és a Planck, precíz méréseket végeztek a kozmikus mikrohullámú hátterről – az Ősrobbanás utófényéről –, és azt találták, hogy annak finom mintázata megfelel az infláció előrejelzéseinek. A kozmológusok ezt a sugárzást az univerzum tömegsűrűségének mérésére is felhasználhatják, amely Guth szerint fél százalékon belül van az infláció által megjósolt értékhez képest.

„A bizonyítékok szinte elsöprően erősek” – mondja Andrew Liddle, az Edinburghi Egyetem kozmológusa. 'Az emberek többsége kellően kielégítőnek tartja az inflációt, és nem várható, hogy valami más megdönti.'

[Az MSG káros az egészségére?]

Az inflációs elmélet korai éveiben Guth és az ötlet más úttörői hamarosan felfedezték egyenleteik meglepő következményét: az infláció örök, és csak a tér bizonyos buborékszerű zsebeiben szűnik meg. „A [a buborékok] közötti tér, amely még mindig felfújódik, további buborékok kialakulásának ad helyet” – magyarázza Vilenkin. „A felfúvódó tér olyan gyorsan tágul, hogy soha semmi sem érheti utol a határait, ezért gyakorlati szempontból elszigetelt, önálló buborékuniverzumok.” A kép szerint a mi univerzumunk csak egy a buborékok végtelen multiverzumából.

1983-ban Vilenkin megállapította, hogy az infláció legáltalánosabb modelljei a multiverzumra utalnak. Az ezt elkerülő modellek általában mesterkéltek és irreálisak. „A legegyszerűbb feltevésekkel az örök infláció és a multiverzum a végeredmény” – mondja Andreas Albrecht fizikus, a Kaliforniai Egyetem Davis-i professzora. „Ha ezen a téren konzervatív vagy, ez a radikális dologhoz vezet.”

Talán a legvonzóbb A multiverzum támogatása magában foglalja a sötét energiaként ismert titokzatos erőt. 1998-ban a csillagászok felfedezték, hogy az univerzum egyre gyorsabban tágul – ezt a gyorsulást később a sötét energiának tulajdonították. A gyorsulás mértéke a kozmológiai állandónak nevezett számtól függ. Ami megzavarta a fizikusokat, az az, hogy a természet erőivel és részecskéivel kapcsolatos ismereteik alapján azt várják, hogy az állandó nagyjából 10122szor nagyobb, mint amit mérnek. Fogalmuk sincs, miért olyan kicsi a mért érték, de magyarázat lehet a multiverzumban.

Az 1980-as években a Nobel-díjas Steven Weinberg, az austini Texasi Egyetem munkatársa a kozmológiai állandó értékét vizsgálta. azt javasolta, hogy egy multiverzumban , ez az érték változhat. Megállapította, hogy a mi univerzumunkban az állandó kicsi, mert csak egy kis konstans képes lehetővé tenni galaxisok kialakulását és élet kialakulását. A nagy szám viszont olyan univerzumot eredményez, amely szétrepül, mielőtt az atomok még összeolvadhatnának. Az univerzumok csak egy kis töredéke rendelkezik az élethez megfelelő kis állandókkal. Csak olyan szerencsések vagyunk, hogy egyben élhetünk.

Hasonló, úgynevezett antropikus érvekkel magyarázható a természet más alapvető állandói, például a neutron tömege. Ha ezek az állandók csak egy kicsit is eltérnek az értéküktől, az élet nem létezhetne, és senki sem lenne a közelben, aki megmérné őket. Hacsak a fizikusok nem találnak kielégítőbb magyarázatot az első alapelvek alapján, a multiverzum legalább valami okot ad arra, hogy az univerzumunk állandói miért vannak olyan finoman beállítva az életre.

Weinberg elemzése előrelátónak bizonyult. Amikor a csillagászok felfedezték, hogy az univerzum felgyorsul – valószínűleg a sötét energia miatt –, úgy mérték a kozmológiai állandót, hogy a Weinberg által javasolt 10-es faktoron belül legyen – mondja Guth. Azóta a fizikusok finomították Weinberg javaslatát, és a mérthez még közelebbi értéket számítottak ki. Nem ez a legpontosabb egyezés, de a legjobb. 'Tudomásom szerint még mindig nincs jobb magyarázat a sötét energia megfigyelt nagyságára' - mondja Liddle.

[Tanulja meg, hogyan írhatja be a nevét bináris kódban.]

Eközben a húrelmélet – az eddigi legjobb jelölt a mindenre vonatkozó elméletre – megadhatja azt az elméleti keretet, amely támogatja a multiverzumot. A húrelmélet a megszokott három (fel/le, balra/jobbra, előre/hátra) túl több térbeli dimenziót igényel. Ezek a dimenziók – amelyek túl kicsik ahhoz, hogy érzékeljük – számtalan módon összegömbölyödnek, mindegyik egy-egy buborék-univerzumnak felel meg, a fizika különböző törvényeivel. A húrelmélet nagy csapása azonban az, hogy hiányzik minden megfigyelési bizonyíték.

Magára a multiverzumra vonatkozó megfigyelési bizonyítékok nem sokkal ígéretesebbek. A kutatóknak azonban vannak kilátásai. Például, ha egy szomszédos buborékuniverzum véletlenül a sajátunkba ütközik, az nyomot hagyna a kozmikus mikrohullámú háttérben. A csillagászok nézték, de megtették még nem találni semmit .

2015 végén Vilenkin és kollégái más utat javasolt annak megállapítására, hogy létezik-e a multiverzum: fekete lyukak. Ha a mi univerzumunk csak egy a végtelen szám közül, akkor amint az infláció megállt a miénkben, a benne lévő zsebek, amelyek addig felfúvódtak, fekete lyukakká omlottak volna össze. Minél hosszabb ideig vannak felfújva minden zseb, annál masszívabb a fekete lyuk. Az infláció tehát árulkodó tömegű fekete lyukak populációját hagyná maga mögött. Elvileg a fekete lyukak ütközésekor keletkező tér- és időhullámok mérésével – mint a a LIGO által felfedezett gravitációs hullámok tavaly – a csillagászok összeszámlálhatják a fekete lyukak tömegét, és megnézhetik, vajon az infláció hozta-e létre, ami a multiverzumra utalna.

Ez a munka előzetes és spekulatív, az biztos. És összességében a multiverzum támogatottsága tagadhatatlanul körülményes. Végül talán a legjobb, amit a támogatók remélhetnek, a közvetett bizonyíték, finomabb modellek és az infláció egyértelmű megerősítése formájában. Ha a kozmikus mikrohullámú háttér egyre precízebb mérései tovább szűkítik az inflációs elméleteket, a tudósok végül egyetlen konkrét modellel maradhatnak, amely egyenesen a multiverzumhoz vezet.

De a közvetlen bizonyítékok hiánya – és annak a valószínűsége, hogy a multiverzum eleve lehetetlen tesztelni – az, ami miatt egyesek gúnyolódni kezdenek a gondolaton.

Az egyik legerősebb kritikus Paul Steinhardt fizikus, a Princetoni Egyetemen. Olyan fizikusokkal együtt, mint Albrecht, Guth és a stanfordi Andrei Linde, segített az 1980-as években az infláció úttörőjében. De amikor rájött, hogy az infláció soha nem állt meg, és közben végtelen buborék-univerzumok alakult ki, problémát látott. A multiverzum nem jellemző volt, hanem hiba.

„Ez az elmélet összeomlása” – mondja. Mintha valaki azzal az elmélettel fordult volna hozzád, hogy miért kék az ég, ami eleinte hihetőnek tűnik, de némi finomítás után „nem csak kék eget hoz létre, hanem lila eget, pöttyös eget – nevezd meg. ,' mondja.

Egy multiverzum, amelyben bármi megtörténhet és meg is fog történni, egyáltalán nem magyaráz meg semmit, mondja Steinhardt. A tudományos folyamat egyik jellemzője az előrejelzések tesztelése. De azt mondja: „mit jelent megjósolni valamit, ha az mindent megjósol?” Egy ilyen elmélet nem tesztelhető – vagy potenciálisan meghamisítható –, ezért nem használható tudományos elmélet. A multiverzum szerinte „többszörös rendetlenség”.

[Íme, miért nem akarod, hogy megharapjon egy tarantula sólyom. ]

Mások szerint ez a nézet túlságosan korlátozó. „A hamisíthatóság gondolata a szó szoros értelmében a tudomány működésének túlzottan leegyszerűsített nézete” – mondja Guth. „A tudomány egyetlen elmélete sem bizonyított valójában. Egy elfogadható tudományos elmélet egyszerűen a legjobb elmélet, amelyet a tudósok ismernek a természeti jelenségek halmazának magyarázatára.”

A hamisíthatóságnak ez a problémája talán filozófia kérdése. De ott van az a gyakorlati probléma is, hogy a fizikát egy multiverzumban próbáljuk meg csinálni. A fizika lényegében arra támaszkodik, hogy kiszámítja annak valószínűségét, hogy bizonyos jelenségek bekövetkeznek – például annak a valószínűsége, hogy egy részecske egy másikká bomlik. De amikor végtelen lehetőségekkel van dolgunk, a valószínűségek kiszámításának már nincs matematikai értelme.

'Ha nincs határozott elképzelése arról, hogy mit ért a valószínűség alatt, akkor nem igazán lehet teljes képe a fizika működéséről' - mondja Guth. „A valószínűségek meghatározásának ezt a problémáját az egyik legfrusztrálóbb problémának tartom, amelyről életem során tudtam.”

Ennek a valószínűségi helyzetnek a megoldására tett kísérletek – az úgynevezett mértékprobléma – korlátozott sikerrel jártak. Néhány évvel ezelőtt, építve munka Az elméleti fizikus, Don Page, Albrecht azt javasolta, hogy amikor a multiverzumról van szó, akkor azok a valószínűségi eszközök, amelyeket a fizikusok általában használnak. esetleg nem alkalmazható . „Elképzelhető – mondja –, hogy ha fegyelmezettebbek vagyunk a valószínűségek használatában, az valóban megoldhatja a mérési problémát.” Ez a lehetőség tompította a multiverzumról alkotott nézetét, mondja Albrecht, bár még mindig szkeptikus. Most 10 százalék esélyt ad annak a valószínűségére, hogy multiverzumban élünk. (Guth viszont azt mondja, hogy az esély jobb, mint a páros.)

Animáció: G VNCT

Steinhardt számára azonban az intézkedési probléma megoldására tett kísérletek egy hibás ötlet ad hoc módosításai. Érvelése szerint a multiverzum problémái olyan súlyosak, hogy a kozmológusoknak teljesen fel kellene hagyniuk az inflációval. Az egyik lehetséges alternatíva a „pattogó” modellek egy osztálya, amelyben az univerzum nem az ősrobbanással kezdődött. Ehelyett, az elképzelés szerint az univerzum mindig is létezett. Összehúzódni kezdett, amikor egy bizonyos ponton – név szerint az Ősrobbanáskor – „pattant”, majd terjeszkedni kezdett. Egyes modellekben az univerzum végtelen tágulási és összeomlási ciklusokon megy keresztül. Ezekhez az elméletekhez nincs szükség inflációra, és így elkerülhető a multiverzum, mondja Steinhardt.

Csak néhány fizikus dolgozik ilyen ugráló kozmológián. „Nagyobb sajtót kapott, mint amennyit ténylegesen támogatnak a fizikus közösségben” – mondja Guth. Valójában az elméletek nem olyan fejlettek, mint az infláció, de Steinhardt és mások továbbra is azok Fedezd fel és képviselje őket.

Eközben egyes fizikusok egy olyan elmélet lehetőségét vizsgálják, amely fenntartja az inflációt, de elkerüli a multiverzuumot. Ez lehetséges, mondja Albrecht, de ehhez új fizikára lenne szükség. Úgy találta, hogy egy ilyen elmélet csak akkor működhet – anélkül, hogy túlságosan mesterkélt lenne –, ha bizonyos szélsőséges feltételezéseket teszünk az alapvető részecskéket és erőket szabályozó törvényekről. Ez minden bizonnyal radikális megközelítés lenne.

Természetesen ehhez ragaszkodunk a multiverzumhoz vezető inflációhoz. „Nem áll túl szilárd talajon” – mondja Albrecht. „Ez nem szörnyű sértés. Ilyenek a dolgok a fizika élvonalában.”

Ha a fizikusok valamiben egyetértenek, az az, hogy a megoldás nem jön könnyen. „Ha a multiverzum elképzelés helyes – mondja Guth –, hosszú időnek kell eltelnie, amíg az emberi faj meggyőződik róla.