Ideja multiverzuma kaže da postoji proizvoljno veliki broj Univerzuma poput našeg vlastitog, ali to ne mora nužno značiti da postoji još jedna verzija nas, a to sigurno ne znači da postoji mogućnost da naletite na alternativnu verziju sebe ... ili bilo što iz drugog Svemira uopće. (Lee Davy / flickr)

Pitajte Ethana: Zašto još nismo naletjeli na drugi svemir?

Ako je multiverzum stvaran, zašto se naš Svemir u moru beskonačnih mogućnosti bar jednom nije naletio na drugi?

Univerzum u kojem obitavamo ogroman je, pun materije i energije i širi se nevjerojatnom zarezom. Gledajući milijarde svjetlosnih godina daleko, možemo vidjeti milijarde godina naše davne prošlosti, pronalazeći dokaze o novoformiranim planetama, zvijezdama i galaksijama. Toliko smo vidjeli da smo identificirali oblake plina koji još nisu formirali nijednu zvijezdu i pronašli smo galaksije od vremena kada je Svemir bio samo 3% svog trenutnog doba. Najspektakularnije, zapravo možemo vidjeti ostatak sjaja iz Velikog praska, iz vremena kada je Svemir bio star svega 380.000 godina. Pa ipak, u svim ovim kozmičkim silama, nikada nismo pronašli dokaze da je naš Univerzum naletio na drugi u ovom ogromnom Univerzumu. Zašto ne? To Rod Russo želi znati:

Ako je teorija multiverzuma istinita, ne bismo li se sada naš svemir koji se širi već našao u drugom svemiru? Napokon, naš je svemir sada toliko velik da ga neki opisuju kao "beskonačan" u veličini.

To nije samo ono što diktira logika, to je i autoritet nego što je Roger Penrose tvrdio. Ali Penrose - i konvencionalna mudrost - ovdje su oboje u krivu. Naš Svemir je, i treba biti, izoliran i jedinstven u Univerzumu.

Umjetnikova logaritamska koncepcija promatranog svemira. Imajte na umu da smo ograničeni u pogledu na vrijeme koje je nastupilo nakon vrućeg Velikog praska: 13,8 milijardi godina ili (uključujući širenje Svemira) 46 milijardi svjetlosnih godina. Svatko tko živi u našem Svemiru, na bilo kojoj lokaciji, vidio bi gotovo potpuno istu stvar sa svog stratišta. (Korisnik Wikipedije Pablo Carlos Budassi)

Iako je oko njega puno prepirke i polemike, postoji postojanje izuzetno jake fizičke motivacije za postojanje Multiverse-a. Ako kombinirate dvije naše vodeće ideje o tome kako Svemir djeluje, kozmičku inflaciju i kvantnu fiziku, sve je samo neizostavno da ćemo zaključiti da naš Svemir prebiva u Univerzumu. Dolazimo za vožnju još je jedan zaključak: da je svaki svemir koji se stvori - da je svaki vrući Veliki prasak koji nastane - odmah i zauvijek uzročno isključen od svih ostalih, vječno u budućnost. Evo kako se to događa i evo kako znamo.

Svemir koji se širi, pun galaksija i složena struktura koju danas promatramo, nastala je iz manjeg, vrelijeg, gušćeg, ujednačenijeg stanja. Ali što se nalazi izvan promatranog Univerzuma, po definiciji, ne može se promatrati. (C. Faucher-Giguère, A. Lidz i L. Hernquist, Science 319, 5859 (47))

Kozmička inflacija nastala je kao dodatak Velikom prasku, uspješno pružajući mehanizam za objašnjenje zašto je započeo s određenim uvjetima. Konkretno, inflacija je dala odgovor na pitanja o:

  • zašto je Svemir bio svugdje ista temperatura,
  • zašto je bio tako prostorno ravan,
  • i zašto nije bilo ostataka visokoenergetskih relikvija poput magnetskih monopola,

istovremeno donoseći nova predviđanja koja bi se mogla testirati. Ta predviđanja uključivala su specifičan spektar za fluktuacije gustoće s kojim se Svemir rodio, maksimalnu temperaturu koju je Svemir postigao u ranim fazama vrućeg Velikog praska, postojanje fluktuacija na ljestvicama većim od kozmičkog horizonta i određeni spektar fluktuacije gravitacijskog vala. Sve su to, osim posljednjeg, od tada promatrano potvrđene.

Inflacija je postavila vrući Veliki prasak i stvorila promatrajući Univerzum kojem imamo pristup, ali možemo samo izmjeriti posljednji mali dio sekunde utjecaja inflacije na naš Univerzum. To je dovoljno, međutim, da bismo nam pružili velik broj predviđanja za potragu, od kojih su mnoga već promatrano potvrđena. (E. Siegel, sa slikama izvedenim iz ESA / Planck i međuagencijske radne skupine DoE / NASA / NSF o CMB istraživanju)

Kakva je to kozmička inflacija, razdoblje je prije Velikog praska u kojem Svemirom dominira energija svojstvena samom prostoru. Za razliku od danas, gdje je vrijednost tamne energije izuzetno mala, inflacija pokazuje da je bila izuzetno velika: veća čak i od gustoće energije kada je Svemir bio pun materije i zračenja u izuzetno vrućim, ranim fazama nakon Velikog praska. Budući da je ekspanzijom dominirala energija svojstvena prostoru, brzina ekspanzije bila je eksponencijalna, što znači da se novi prostor neprestano i brzo stvarao. Ako bi se Svemir udvostručio u veličini nakon određenog vremena, tada bi nakon deset puta prošlo toliko vremena, bio bi 2¹⁰ ili preko 1000 puta veći u svim dimenzijama. U vrlo kratkom redoslijedu, svako neprostorno područje prostora koje sadrži materiju postalo bi nerazdvojivo od ravnog, a sve bi čestice materije bile napuhane tako da ih dvije nikada ne bi srele.

Inflacija uzrokuje eksponencijalno širenje prostora, što može vrlo brzo rezultirati da bilo koji prethodno postojeći zakrivljeni prostor izgleda kao ravan. (E. Siegel (L); udžbenik za kosmologiju Ned Wrighta (R))

S druge strane, inflacija se u nekom trenutku mora zaustaviti. Energija svojstvena svemiru tu ne može zauvijek ostati, inače se Veliki prasak nikad ne bi dogodio, a svemir kakav znamo da nikad ne bi ni bio. Nekako se ta energija mora prenijeti iz samog prostora prostora i baciti u materiju i zračenje. Lijep način za to vizualizirati je promatranje inflacije kao polja koje nastaje kada je lopta na vrhu brda. Sve dok lopta ostaje visoka, nastavlja se inflacija i to eksponencijalno širenje. Ali da bi inflacija prestala, ono kvantno polje odgovorno za to mora se prebaciti iz visokoenergetskog i nestabilnog stanja koje inflaciju dovodi u ravnotežno stanje s niskom energijom. Upravo taj prijelaz i „prevrtanje“ u dolinu je ono što uzrokuje da se inflacija zaustavi i stvori vrući Veliki prasak.

Kad se dogodi kozmička inflacija, energija svojstvena svemiru je velika, koliko je i na vrhu ovog brda. Kako se lopta kotrlja u dolinu, ta se energija pretvara u čestice. (E. Siegel)

Ali evo što je poticaj: ono što sam upravo opisao je kako djeluje klasično polje, ali upravo smo rekli da inflacija mora biti, kao i sva fizička polja, svojstveno kvantnom. Kao i sva kvantna polja, opisana je valnom funkcijom, s vjerojatnošću da se taj val s vremenom raširi. Ako se vrijednost polja kreće dovoljno sporo niz brdo, tada će kvantno širenje valne funkcije biti brže od kotrljanja, što znači da je moguće - čak i vjerovatno - da se inflacija što više udaljava od kraja i dovede do veliki prasak kako vrijeme prolazi.

Ako je inflacija kvantno polje, tada se vrijednost polja širi vremenom, a različita područja prostora uzimaju različite realizacije vrijednosti polja. U mnogim će se regijama vrijednost polja gibati na dnu doline i okončati inflaciju, ali u mnogim drugim će se inflacija nastaviti, proizvoljno daleko u budućnost. (E. Siegel / Iza galaksije)

Budući da se prostor povećava eksponencijalnom brzinom tijekom inflacije, to znači da se vremenom stvara eksponencijalno više područja prostora. Stvar je u tome da inflacija nije prisiljena svagdje završiti odjednom; različite regije će vidjeti vrijednost svojih kvantnih polja raširenih različitim količinama i u različitim smjerovima tijekom vremena! U nekoliko regija doći će do inflacije dokle god se polje spusti u dolinu. No u drugima će se inflacija nastaviti, stvarajući sve više i više prostora gdje se i dalje eksponencijalno širi.

Gdje god se dogodi inflacija (plave kocke), ona stvara eksponencijalno više područja prostora sa svakim korakom naprijed u vremenu. Čak i ako postoji mnogo kockica gdje se inflacija završava (crveni X), postoji daleko više regija u kojima će se inflacija nastaviti u budućnosti. Činjenica da ovo nikada ne dolazi do kraja čini inflaciju

Odatle potječe fenomen poznat kao vječna inflacija i ideja multiverzuma. Tamo gdje inflacija završava, dobivamo vrući Veliki prasak i Univerzum - od kojih možemo promatrati dio onoga u kojem se nalazimo - vrlo slični našem. (Označeno crvenim "X" gore.) Ali okruženje svake od tih regija u kojoj se događa vrući Veliki prasak je ona gdje inflacija ne prestaje i eksponencijalna ekspanzija se nastavlja. U tim se regijama stvara sve više napuhavajućeg prostora, što razdvaja regije u kojima je inflacija završila brže nego što se mogu proširiti. To stvara druge regije koje će imati vruće velike praske, ali svaka će od njih biti uzročno isključena od našeg, u trenutku vrućeg Velikog praska i zauvijek u budućnost.

Dok se predviđa da će mnogi neovisni Svemiri biti stvoreni u naduvanom svemirskom vremenu, inflacija nikad ne prestaje svugdje odjednom, već samo u zasebnim, neovisnim područjima odijeljenim od prostora koji se i dalje naduvava. Odatle potječe znanstvena motivacija Multiverzuma i zašto se dva Univerzuma nikada neće sudariti. (Karen46 / FreeImages)

Ako multiverse predstavite kao ogroman ocean, možete zamisliti pojedine svemire gdje se događa vrući Veliki prasak dok se u njemu pojavljuju mali mjehurići. Mjehurići, poput pravih mjehurića zraka koji se dižu s dna oceana, proširit će se kako vrijeme prolazi, baš kao što se širi i naš vlastiti Svemir. Ali za razliku od tekuće vode oceana, "ocean" naduvavanja svemirskog vremena nastavlja se brže nego što se sami mjehurići ikada mogu proširiti. Sve dok se prostor među njima i dalje povećava, a inflacija predviđa da će biti vječnost, niti se dva mjehurića nikada ne bi trebala sudarati. Za razliku od kipuće vode na vašem štednjaku, mjehurići se ne perlaju.

Ilustracija višestrukih, neovisnih Svemira, uzročno odijeljenih jedna od druge u sve većem kozmičkom oceanu, jedan je prikaz Multiverse ideje. (Ozytive / Public domain)

Bilo bi to ogromno iznenađenje koje bi bilo u suprotnosti s predviđanjima inflacije i kvantne teorije ukoliko se bilo koja dva Univerzuma ikada sudare. Iako bi sudara s zidovima mjehurića mogli ostaviti znakovit znak u našem Univerzumu, mi smo detaljno pregledali preostali sjaj Velikog praska, a ne postoje dokazi za takav sudar. Srećom po našim najtvrdokornijim teorijama ranog svemira, to je u skladu s onim što je predviđeno. Razlog za koji ne vidimo dokaze da se naš Univerzum sudario s drugim je taj što se naš Univerzum nikada nije sudario s drugim, baš kao što to predviđaju naše vodeće teorije. Tko vam kaže drugačije, mora ozbiljno objasniti.

Pošaljite svoja pitanja pitajte Ethan na startwithabang na gmail dot com!

Starts With A Bang je sada na Forbesu, a objavljen je na Mediumu zahvaljujući našim pristalicama Patreona. Ethan je autor dvije knjige, Beyond The Galaxy i Treknology: The Science of Star Trek od Tricorders do Warp Drive-a.