Ideja multiverzuma kaže da postoji jedan proizvoljno veliki broj Univerzuma poput našeg, ugrađenih u naš Multiverse. Moguće je, ali nije nužno, i da postoje drugi džepovi u Multiverseu tamo gdje su zakoni fizike različiti.

Zbog toga mora postojati multiverzija

Ako prihvatite kozmičku inflaciju i kvantnu fiziku, nema izlaza. Multiverse je stvaran.

Pogledajte u Svemir sve što želite, uz proizvoljno moćnu tehnologiju, i nikad nećete naći prednost. Prostor se nastavlja onoliko koliko možemo, a svugdje gdje gledamo vidimo iste stvari: materiju i zračenje. U svim smjerovima pronalazimo iste naznake znakova širenja Svemira: ostatak zračenja iz vrućeg, gustog stanja; galaksije koje se razvijaju u veličini, masi i broju; elementi koji mijenjaju obilje kao što zvijezde žive i umiru.

Ali što stoji izvan našeg promatranog Univerzuma? Postoji li ponor ničega osim svjetlosnih signala koji bi nam mogao stići još od Velikog praska? Postoji li još samo Univerzum poput našeg, vani izvan naših promatračkih granica? Ili postoji Multiverse, tajanstvene prirode i zauvijek ga se ne može vidjeti?

Ako ne postoji nešto ozbiljno pogrešno u našem razumijevanju Univerzuma, multiverse mora biti odgovor. Evo zašto.

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. (WIKIPEDIA KORISNIK PABLO CARLOS BUDASSI)

Multiverse je izuzetno kontroverzna ideja, ali u osnovi je vrlo jednostavan koncept. Kao što Zemlja ne zauzima poseban položaj u Svemiru, niti Sunce, Mliječni put ili bilo koje drugo mjesto, Univerzum ide korak dalje i tvrdi da u cijelom vidljivom Svemiru nema ništa posebno.

Multiverse je ideja da je naš Svemir i sve što je u njemu samo jedan mali dio veće strukture. Ovaj veći entitet obuhvaća naš promatrajući Univerzum kao mali dio većeg Svemira koji se proteže izvan granica naših promatranja. Ta čitava struktura - neupadljivi Univerzum - može i sama biti dio većeg svemirskog vremena koje uključuje i mnoge druge, nepovezane Svemire, koji mogu biti, ali i ne moraju biti slični Univerzumu u kojem živimo.

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

Ako je ovo ideja Multiverse, mogu razumjeti vaš skepticizam prema shvaćanju da bismo nekako mogli znati da li postoji ili ne postoji. Uostalom, fizika i astronomija su znanosti koje se oslanjaju na mjerljivu, eksperimentalnu ili na drugi način promatračku potvrdu. Ako tražimo dokaze o nečemu što postoji izvan našeg vidljivog Svemira i ne ostavlja traga u njemu, čini se da je ideja Multiverse u osnovi neizdrživa.

Ali postoje sve vrste stvari, koje mi ne možemo promatrati, za koje znamo da su istinite. Desetljeća prije nego što smo izravno otkrili gravitacijske valove, znali smo da moraju postojati jer smo promatrali njihove učinke. Primijećeno je da su binarni pulsari - okretanje neutronskih zvijezda koje se vrte oko druge - kako se njihova revolucionarna razdoblja skraćuju. Nešto mora odnijeti energiju, a ta stvar bila je u skladu s predviđanjima gravitacijskih valova.

Brzina orbitalnog propadanja binarnog pulsara vrlo je ovisna o brzini gravitacije i orbitalnim parametrima binarnog sustava. Koristili smo binarne pulsarske podatke da ograničimo brzinu gravitacije jednaku brzini svjetlosti s preciznošću od 99,8% i da zaključimo o postojanju gravitacijskih valova desetljećima prije nego što su ih LIGO i Djevica otkrili. (NASA (L), MAX PLANCK INSTITUT ZA RADIO ASTRONOMIJU / MICHAEL KRAMER (R))

Iako smo sigurno pozdravili potvrdu da su LIGO i Djevica putem izravne detekcije omogućili gravitacijske valove, već smo znali da oni trebaju postojati zbog ovih neizravnih dokaza. Oni koji tvrde da neizravni dokazi nisu pokazatelj gravitacijskih valova, još uvijek nisu uvjereni da ih binarni pulsari emitiraju; LIGO i Djevica nisu vidjeli gravitacijske valove koji dolaze iz binarnih pulsara koje smo promatrali.

Ako ne možemo izravno gledati Multiverse, kakve izravne dokaze imamo za njegovo postojanje? Kako možemo znati da postoji više neupadljivog Svemira izvan dijela kojeg možemo promatrati, i kako možemo znati da je ono što nazivamo našim Svemirom vjerojatno samo jedno od mnogih ugrađenih u Univerzum?

Gledamo sam Svemir i izvlačimo zaključke o njegovoj prirodi na temelju onoga što otkrića o njemu otkrivaju.

Svjetlost kozmičke mikrovalne pozadine i obrazac fluktuacija iz nje daju nam jedan način za mjerenje zakrivljenosti svemira. Po najboljim našim mjerenjima, da unutar 1 dijela od oko 400, svemir je savršeno prostorno ravan. (SMOOT COSMOLOGY GROUP / LAWRENCE BERKELEY LABS)

Kad pogledamo prema rubu promatranog svemira, ustanovimo da svjetlosne zrake koje su emitirane iz najranijih vremena - iz pozadine kozmičke mikrovalne - stvaraju određene obrasce na nebu. Ti obrasci otkrivaju ne samo fluktuaciju gustoće i temperature s kojima se Svemir rodio, kao i materiju i energetski sastav Svemira, već i samu geometriju prostora.

Iz ovoga bismo mogli zaključiti da prostor nije pozitivno zakrivljen (poput sfere) ili negativno zakrivljen (poput sedla), već je prostorno ravan, što ukazuje da se neugledljivi Univerzum vjerojatno proteže daleko izvan dijela kojem možemo pristupiti. Nikad ne zakrivi na sebi, nikad se ne ponavlja i nema praznih praznina u sebi. Ako je zakrivljen, ima promjer koji je stotinu puta veći od dijela koji možemo vidjeti.

Sa svakom sekundom koja nam se otkriva, svemir, baš poput našeg, otkriva nam se, u skladu sa ovom slikom.

Promatrajući Svemir može biti 46 milijardi svjetlosnih godina u svim smjerovima sa našeg gledišta, ali sigurno je da postoji još, neprimjetan Univerzum, možda čak i beskrajni iznos, poput našeg izvan njega. S vremenom ćemo moći vidjeti više toga, s vremenom ćemo otkriti otprilike 2,3 puta više materije koliko trenutno možemo vidjeti. (FRÉDÉRIC MICHEL I ANDREW Z. COLVIN, NAJAVLJENI E. SIEGEL)

To bi moglo značiti da postoji još neprimjećeni Univerzum izvan dijela našeg Svemira kojem možemo pristupiti, ali on to ne dokazuje i ne pruža dokaz za Multiverse. Postoje, međutim, dva pojma u fizici koja su uspostavljena daleko izvan razumne sumnje: kozmička inflacija i kvantna fizika.

Kozmička inflacija je teorija koja je dovela do vrućeg Velikog praska. Umjesto da započnemo sa singularnošću, postoji fizičko ograničenje koliko su vruće i koliko guste mogle da se dostignu početne, rane faze našeg širećeg Univerzuma. Da smo postigli proizvoljno visoke temperature u prošlosti, jasno bi bilo potpisa:

  • fluktuacije velikih amplituda temperature rano,
  • kolebanja gustoće sjemena ograničena razmjerom kosmičkog horizonta,
  • i ostaci, visokoenergetske relikvije iz ranih vremena, poput magnetskih monopola.
Napuhavanje uzrokuje eksponencijalno širenje prostora, što može vrlo brzo rezultirati da bilo koji prethodno postojeći zakrivljeni ili glatki prostor izgleda ravan. Ako je Svemir zakrivljen, on ima polumjer zakrivljenosti koji je minimalno stotine puta veći od onoga što možemo promatrati. (E. SIEGEL (L); TUTORIJALNA KOZMOLOGIJA NED WRIGHT (R))

Svi ti potpisi nedostaju. Kolebanja temperature su na razini od 0,003%; fluktuacije gustoće prelaze razmjere kozmičkog horizonta; ograničenja monopola i ostalih relikvija nevjerojatno su stroga. Činjenica da ovi potpisi nemaju velik utjecaj na njih: Svemir nikada nije dostigao te proizvoljno visoke temperature. Prije vrućeg Velikog praska došlo je nešto drugo kako bi ga postavili.

Tu dolazi do kozmičke inflacije. Teoretizirana početkom 1980-ih, zamišljena je da riješi brojne zagonetke s Velikim praskom, ali učinila je ono čemu se nadate bilo koja nova fizička teorija: davala je mjerljiva, testirana predviđanja za vidljive potpise koji bi se pojavile u našem Svemiru.

Vidimo predviđeni nedostatak prostorne zakrivljenosti; vidimo adijabatnu prirodu fluktuacija s kojima se svemir rodio; otkrili smo spektar i jačinu početnih kolebanja koja se podudaraju s predviđanjima inflacije; vidjeli smo superhorizontalne fluktuacije koje predviđaju inflacija.

Fluktuacije u samom svemiru na kvantnoj ljestvici prostiru se kroz svemir tijekom inflacije, što dovodi do nesavršenosti i u gustoći i gravitacijskim valovima. Je li inflacija nastala iz eventualne singularnosti ili ne, nije poznato, ali potpisi o tome je li se dogodila dostupni su u našem promatranom Svemiru. (E. SIEGEL, SA SLIKAMA DOSTOJANIM OD ESA / PLANKA I DOSTAVKOM SNAGA DOE / NASA / NSF-a NA ISTRAŽIVANJU CMB-a)

Možda ne znamo sve o inflaciji, ali imamo vrlo jak niz dokaza koji podupiru razdoblje u ranom Svemiru gdje se ono dogodilo. Postavila je i dovela do velikog praska i predviđa skup i spektar kolebanja koja su urodila strukturom sjemena koje je preraslo u kozmičku mrežu koju danas promatramo. Samo inflacija, koliko znamo, daje nam predviđanja za naš Univerzum koja odgovaraju onome što promatramo.

"Dakle, velika stvar", mogli biste reći. „Uzeli ste malo prostora, dozvolili ste inflaciji da je proširite na neki vrlo veliki volumen, a naš vidljivi, vidljivi Univerzum je sadržan unutar tog volumena. Čak i ako je to u redu, to nam samo govori da se naš neupadljivi Univerzum proteže daleko izvan vidljivog dijela. Vi uopće niste uspostavili Multiverse. "

I sve bi to bilo točno. Ali zapamtite, postoji još jedan sastojak koji nam treba dodati: kvantna fizika.

Ilustracija između svojstvene nesigurnosti između položaja i zamaha na kvantnoj razini. Postoji ograničenje koliko dobro možete izmjeriti ove dvije količine istovremeno, a nesigurnost se pojavljuje na mjestima gdje ljudi to najmanje očekuju. (E. SIEGEL / WIKIMEDIA COMMONS USER MASCHEN)

Inflacija se tretira kao polje, kao i svi kvanti koje poznajemo u Svemiru, poštujući pravila kvantne teorije polja. U kvantnom Svemiru postoji puno protuintuitivnih pravila kojih se pridržavamo, ali najvažnije u naše svrhe je pravilo koje upravlja kvantnom nesigurnošću.

Dok mi konvencionalno promatramo neizvjesnost kao što se uzajamno događa između dvije varijable - zamah i položaj, energija i vrijeme, ugaoni moment međusobno okomitih smjerova, itd., Postoji i inherentna neizvjesnost u vrijednosti kvantnog polja. Kako vrijeme napreduje, vrijednost polja koja je u prethodnom vremenu bila konačna sada ima manje izvjesnu vrijednost; možete mu pripisati samo vjerojatnosti.

Drugim riječima, vrijednost bilo kojeg kvantnog polja s vremenom se širi.

Kako vrijeme prolazi, čak i za jednostavnu, jednostruku česticu, njegova kvantna valna funkcija koja opisuje njegov položaj, vremenom će se spontano širiti. To se događa za sve kvantne čestice za bezbroj svojstava izvan položaja, kao što je vrijednost polja. (PITANJE HANS DE VRIJEDI / FIZIKA)

A sada, kombinirajmo ovo: imamo naduvani Univerzum s jedne strane i kvantnu fiziku s druge. Inflaciju možemo zamisliti kao kako se kugla vrlo sporo kotura po ravnom brežuljku. Sve dok lopta ostaje na vrhu brda, inflacija se nastavlja. Kad lopta dođe do kraja ravnog dijela, ona se kotrlja u dolinu ispod, koja energiju iz samog inflatornog polja pretvara u materiju i energiju.

Ovo pretvaranje označava kraj kozmičke inflacije postupkom koji se naziva i ponovnim zagrijavanjem, a stvara vrući Veliki prasak koji smo svi dobro upoznali. Ali tu je stvar: kada se vaš Univerzum napuhava, vrijednost polja se polako mijenja. U različitim regijama napuhavanja vrijednost polja se širi nasumično različitim količinama i u različitim smjerovima. U nekim regijama inflacija brzo završava; kod drugih se sve sporije završava.

Kvantna priroda inflacije znači da završava u nekim

Ovo je ključna točka koja nam govori zašto je multiverse neizbježan! Tamo gdje se inflacija odmah završava, dobivamo vrući Veliki prasak i veliki Svemir, gdje bi mali njegov dio mogao biti sličan našem vlastitom promatranom Svemiru. Ali postoje i druge regije, izvan regije u kojoj se završava, gdje inflacija traje dulje.

Tamo gdje se kvantno širenje događa na pravi način, tamo bi mogla završiti i inflacija, što će dovesti do vrućeg Velikog praska i još većeg Svemira, gdje bi mali dio mogao biti sličan našem promatranom Svemiru.

No, ostale regije još uvijek ne napuhavaju već rastu. Možete izračunati stopu rasta regija koje se napuhavaju i usporediti ih sa stopom pojave novih Svemira i vrućim Velikim praskom. U svim slučajevima kada vam inflacija daje predviđanja koja odgovaraju promatranom Svemiru, mi rastemo svemire i nanovo naduvana područja brže nego što inflacija može prestati.

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 se tome nikada ne nazire kraj je ono što čini inflaciju „vječitom“ jednom kad počne, i što stvara naš moderni pojam multiverzuma. (E. SIEGEL / BEZ GALAKSE)

Ova slika ogromnih Svemira, daleko veća od neznatnog dijela koji nas promatra, i koji se neprestano stvara preko tog eksponencijalno naduvanog prostora, je ono što Multiverse radi. To nije novo, provjerljivo znanstveno predviđanje, već teorijska posljedica koja je neizbježna, temeljena na zakonima fizike kako se razumiju danas. Jesu li zakoni fizike identični našim onima u tim ostalim Univerzumima, nije poznato.

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 koja su odvojena prostorom koji se nastavlja naduvati. Odatle potječe znanstvena motivacija Multiverzuma i zašto se dva Univerzuma nikada neće sudariti. (KAREN46 / SLOBODE)

Ako imate inflatorni Univerzum kojim upravlja kvantna fizika, multiverzum je neizbježan. Kao i uvijek, kontinuirano prikupljamo što više novih uvjerljivih dokaza kako bismo bolje razumjeli cijeli kozmos. Može se ispostaviti da je inflacija pogrešna, da je kvantna fizika kriva, ili da primjena ovih pravila na način na koji imamo neke osnovne nedostatke. Ali zasad se sve zbraja. Ako nemamo nešto pogrešno, Multiverse je neizbježan, a Univerzum koji obitavamo samo je njegov mali dio.

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.