Multiwersum – Wieloświat wcale nie taki fantastyczny

0
29

Wieloświat, hipotetyczny zbiór wszelkich możliwych wszechświatów, jako konstrukt teoretyczny, pojawił się pod koniec lat pięćdziesiątych ubiegłego wieku. Koncepcja nie jest jednak nowa, idea przewija się w wielu kulturach i religiach. Obecna jest w hinduizmie i buddyzmie. Jego istota wydaje się nad wyraz nośnym tematem dla wszelkich rozważań fantastyczno-naukowych, stąd bardzo często sięgają po ten motyw twórcy literatury i kina tego gatunku. Wspomnijmy „cienie” w Kronikach Amberu Rogera Zelaznego, Opowieści z Narnii, Długą Ziemię Terry’ego Pratchetta i Stevena Baxtera, seriale Doktor Who czy Fringe: Na granicy światów.

O koncepcji Wieloświata w kontekście kosmologicznym wspomnieliśmy podczas rozważań nad ciemną materią. To właśnie inne wszechświaty miałyby stanowić źródło oddziaływania składanego na karb niewidzialnej materii. Wszechświaty rozłączone czasoprzestrzennie, wykluczają jednak możliwość przedostawania się materii i energii z jednego obszaru do drugiego. Pojęcie równoległego Wszechświata zakłada istnienie jego własnej czasoprzestrzeni, materii i energii oraz możliwy odrębny zestaw praw fizyki. Zakładany teoretycznie brak wzajemnego wpływu wszechświatów równoległych powoduje, niemożność ich eksperymentalnego badania. Oznacza to z kolei, iż warunek falsyfikacji teorii nie jest zachowany i pojawiają się trudności w traktowaniu tej koncepcji w charakterze naukowym. Choć ex definitione nie może istnieć łączność pomiędzy wszechświatami, gdyż byłyby one wówczas wzajemnie powiązane, a przez to ich wpływ obserwowalny, to właśnie paradoksalnie odnalezienie śladów wzajemnego kontaktu mogłoby stanowić dowód potwierdzający zasadność tej koncepcji. 

Tego rodzaju spekulacje realizowane są na gruncie teoretycznym z wykorzystaniem różnych hipotez, w tym związanych z inflacją kosmologiczną oraz teorią strun. 

Kosmiczna Inflacja

Teoria Wielkiego Wybuchu postulująca w efekcie kosmologicznej inflacji powstanie wielu wszechświatów, zakłada istnienie nieskończenie fraktalnej przestrzeni zbudowanej z nieskończonej liczby bąbli wszechświatów równoległych. Dowolność realizacji wszystkiego w jakimkolwiek miejscu nie pomaga jednak w teoretycznym opisie istniejącego wokół nas Wszechświata, pozbawiając go narzędzi przewidywania. Dla takiego modelu wieloświata wszystko zdarza się nieskończona ilość razy i określenia stopnia prawdopodobieństwa wydarzeń przestaje być możliwe i zasadne.

Trochę mniej niż nieskończona liczba możliwych wszechświatów

Z kolei model zaproponowany przez Stephena Hawkinga oraz Thomasa Hertoga w miejscu istnienia nieskończonej liczby wszechświatów postuluje istnienie mniejszej liczby jedynie możliwych wszechświatów. Hipotezę Wiecznej Inflacji, w wyniku której Wszechświat rozszerza się w sposób nieskończony, poddaje się tutaj weryfikacji. Zdaniem twórców tej koncepcji w niektórych rejonach Wszechświata proces taki może zahamować tworząc nisze wszechświatów wraz z całymi galaktykami gwiazd. W takim właśnie miejscu znajduje się nasz Wszechświat. Nie posiada on zatem struktury fraktalnej – jest stosunkowo gładki i skończony. Jako podstawa teoretyczna posłużyła tutaj koncepcja opracowana w ramach teorii strun. Zgodnie z zastosowaną zasadą holograficzną naukowcy zredukowali wymiar czasu w wiecznej inflacji, co umożliwiło jej wyjaśnienie bez odwołań do teorii względności, która ich zdaniem nie opisuje wystarczająco dobrze realiów Wielkiego Wybuchu. Uzyskano model posiadający znacznie uproszczoną strukturę multiświata, w którym poszczególne rejony różnią się od siebie dużo mniej niż zakładała wcześniejsza koncepcja multiwersum. To model bardziej przewidywalny, a więc zdaniem jego twórców, łatwiejszy do udowodnienia.

Wieloświat probabilistyczny

Okazuje się jednak, że idea wieloświata może być także (a może przede wszystkim) wyjaśniana na gruncie rozważań kwantowych, w tym m.in. koncepcji Hugh Everett’a III zawartej w jego Wieloświatowej Interpretacji Mechaniki Kwantowej (The Many-Worlds Interpretation of Quantum Mechanics). I to właśnie teoria kwantowa zajmująca się fizyką cząstek elementarnych może paradoksalnie rzucić nieco światła na rozwiązanie problemu braku przewidywalności w skali makro wynikającego z hipotezy inflacyjnej. 

W świecie kwantowym wydarzenia występują z pewnym prawdopodobieństwem. Zanim się dokonają ukazują się w tzw. superpozycji różnych stanów wyjściowych, czyli w probabilistycznej mgle możliwych scenariuszy. Klasyczna interpretacja kopenhaska uznaje pomiar danego układu jako czynnik wytrącający go ze stanu superpozycji – wydarzenia przyjmują wówczas konkretną postać. Jednak interpretacja ta rodzi pewne koncepcyjne wątpliwości – dlaczego właśnie “spojrzenie” pomiarowe wywołuje określoną pewność, pewność, którą potwierdzać będą już wszystkie późniejsze pomiary? To właśnie Hugh Everett III w roku 1957 podał niezwykle intrygujący sposób wyjaśnienia tej kwestii, wskazując, iż wszystko co może się wydarzyć, rozgrywa się w różnych “odgałęzieniach” rzeczywistości.

Stan całego Wszechświata odzwierciedlony jest bowiem przez stan układu kwantowego. I dlatego obserwator dokonujący pomiaru jest integralnym elementem kompletnego układu, wraz ze wszystkimi innymi występującymi w danym momencie elementami Wszechświata. Stan kwantowy po przeprowadzeniu obserwacji pomiarowej nadal jest tutaj superpozycją – superpozycją dwóch światów. W jednym świecie pod wpływem obserwacji stan układu przyjmuje daną pozycję A, ale w innym świecie, który wyłania się podczas pomiaru, stan układu przyjmuje inną możliwą pozycję (B). W świecie pierwszym układ pozostanie już w pozycji A, potwierdzając ją kolejnymi pomiarami, w świecie B układ przyjmuje już na zawsze drugi z możliwych porządków. Podczas pomiaru obserwator ulega “rozszczepieniu” egzystując odtąd w dwóch możliwych wariantach wszechświata – A i B odpowiada w tym wypadku dwóm równoległym wszechświatom. Obserwatorzy nie mają więc szczególnego znaczenia. Rzeczywistość bezustannie rozbija się na różne możliwe światy egzystujące ze sobą w stanie superpozycji. Ważną reperkusją takiej koncepcji jest podporządkowanie prawom mechaniki kwantowej wszystkich obiektów, nie tylko cząstek elementarnych.

Inflacyjna probabilistyka

Nawiązując do koncepcji inflacyjnego wieloświata należy zaznaczyć, iż wszystkie możliwe wszechświaty nie współwystępują tutaj w przestrzeni rzeczywistej, lecz w pewnej przestrzeni prawdopodobieństw. Bąble wszechświatów inflacyjnych są niczym innym jak probabilistycznymi rozgałęzieniami rzeczywistości. Koncepcję taką lansuje kilku fizyków: Raphael Bousso, Leonard Susskind, Yasunori Nomura. Według nich propozycje Everetta oraz model inflacyjny są dwoma obliczami tej samej rzeczywistości. Ciągła przestrzeń fizyczna wieloświata powstającego dzięki mechanizmom inflacyjnym jest tutaj równoważna empiriom wszechświatów równoległych wynikających z prawdopodobieństw ich istnienia.

Jednak każdy kwantowy opis takiego wieloświata może odnosić się jedynie do konkretnego pojedynczego bąbla, którego od reszty oddziela granica tzw. horyzontu kosmologicznego (przypominającego nieco horyzont zdarzeń występujący w przypadku czarnej dziury). Sam horyzont stanowi barierę przez którą nie mogą przedostać się żadne sygnały. Nic spoza tej granicy nie może przeniknąć, bowiem przestrzeń wraz z obiektami poza tą granicą rozszerza się wykładniczo z prędkością większą od prędkości światła.

Dzięki procesom inflacyjnym może zatem powstać wiele wszechświatów obarczonych różnym prawdopodobieństwem istnienia, a każdy z tych wszechświatów zawierać będzie obszar leżący wewnątrz własnego horyzontu kosmologicznego. Wszechświaty takie będą zatem skończone, a więc problem przewidywalności zdarzeń w nieskończonej przestrzeni wszelkich możliwych wszechświatów przestaje być istotny. Wieloświat wynikający z teorii inflacyjnej zunifikowany zostaje z modelem wielu prawdopodobnych wszechświatów Everetta – w efekcie jego ewolucji powstaje superpozycja wielu światów “bąbelkowych” rozszczepiających się na jeszcze więcej “superpozycyjnych bąbli” odpowiadających różnym możliwym wynikom zachodzących procesów fizycznych. Świat, w którym przyszło nam egzystować jest tylko jednym z możliwych powstających na gruncie praw fizyki kwantowej w przestrzeni prawdopodobieństw.

Dowód takiej koncepcji powinien mieć charakter doświadczalny. Jak dostrzec jednak wpływy alternatywnych wszechświatów skoro horyzont kosmologiczny skutecznie blokuje przedostawanie się wszelkich informacji z zewnątrz? Jedyną możliwością jest zaobserwowanie określonych zjawisk, w tym pewnego ujemnego zakrzywienia przestrzeni wywołanego istnieniem multiświata. W pozbawionym grawitacji płaskim Kosmosie obiekty poruszałyby się po trajektoriach linii prostych, we wszechświecie bąbelkowym ich tory powinny być delikatnie odchylone. Bąbel danego Wszechświata jest z perspektywy multiświata skończony, jednak obserwatorzy znajdujący się wewnątrz mogą widzieć swój Wszechświat nieskończonym, co sprawia, iż jego przestrzeń jawi się jako zakrzywiona ujemnie. Choć w tradycyjnych modelach multiświata taka ujemna krzywizna jest możliwa, jednak jej odkrycie wspierałoby koncepcję kwantowego wieloświata – byłaby wystarczająco duża, aby dało się ją zauważyć i dokonać pomiaru; w modelach tradycyjnych przyjmuje ona niewielkie wartości, w pojedynczym wszechświecie jest zaś mało prawdopodobna. Innymi widzialnymi dowodami istnienia multiświata mogą być ślady (wodorowe) po zderzeniach podczas wczesnych faz rozwoju bąbelkowych światów, co w koncepcji kwantowej można interpretować jako informacje płynące z powierzchni horyzontu kosmologicznego (podobnie jak promieniowanie Hawkinga w przypadku czarnych dziur). 

Póki co, dotychczasowe wyliczenia wskazują jednak na płaski charakter Wszechświata. Zwolennicy teorii multiświata mają jednak nadzieję, iż odpowiednie dane napłyną w ciągu najbliższych lat. Ich przeciwnicy uważają je zaś za szkodliwe spekulacje, uśmiercające faktograficzny charakter nauki i spychając ją w sferę opisów na gruncie wiary w to, co akurat jest przedmiotem dowodzenia.

0 0 vote
Article Rating
Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments