Multiverzalna ideja kaže da postoji proizvoljno velik broj Svemira poput našeg, ali postoji li iko s razlikama u zakonima fizike ostaje otvoreno pitanje. Kreditna slika: Lee Davy / flickr.

Da, multiverzum je stvaran, ali to neće popraviti fiziku

Iznenađujuće, dokazi ukazuju na postojanje neupadljivog multiverzuma. Ali to nije odgovor koji tražite.

"Svi smo saglasni da je vaša teorija luda. Pitanje koje nas dijeli je da li je dovoljno ludo da imamo šansu da budemo ispravni. “Niels Bohr govorio je ove riječi Wolfgangu Pauliu o potonjoj teoriji elementarnih čestica, ali ona se jednako lako može primijeniti na mnoge danas najkontroverznije moderne ideje fizike. Ono što je u posljednje vrijeme privuklo veliku pažnju je multi-univerzum. Ukratko, ideja je da je naš Svemir i sve što je u njemu samo jedna mala regija većeg postojanja koja uključuje mnogo sličnih, a možda i mnogo različitih Univerzuma poput našeg. S jedne strane, ako su naše trenutne teorije fizike istinite, Multiverse apsolutno mora postojati. No, s druge strane, kako ispravno ističe Sabine Hossenfelder, malo je vjerovatno da će nas naučiti ničemu korisnom.

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. Bonus slike: Frédéric MICHEL i Andrew Z. Colvin, napomenuti E. Siegel.

Zašto Multiverse mora postojati? Jednostavno: mora postojati više Svemira od onog dijela koji nas promatra. Ako pogledate samo dio Svemira koji možemo vidjeti, možete izmjeriti njegovu prostornu zakrivljenost i ustanoviti da je nevjerojatno blizu ravnog. Nijedna regija se ne ponavlja; nijedna se lokacija ne povezuje ili petlja natrag jedna na drugu; nijedna regija velike zakrivljenosti ne pokazuje se na ljestvici koja se približava onoj u Univerzumu koji možemo promatrati. Ako bi Svemir bio hipersfera, četverodimenzionalni analog kugle, on mora imati polumjer zakrivljenosti stotinu puta većeg od onoga što možemo promatrati. Tamo valjda mora postojati više Univerzuma od onoga čemu možemo pristupiti.

Inflacija uzrokuje eksponencijalno širenje prostora, što može vrlo brzo rezultirati da bilo koji prethodno postojeći zakrivljeni prostor izgleda kao ravan. Ako je Svemir zakrivljen, on ima polumjer zakrivljenosti stotinu puta veći od onoga što možemo promatrati. Kreditna slika: E. Siegel (L); Vodič za kosmologiju Ned Wrighta (R).

Ali ovo nije samo zaključak iz promatranja; to je isti zaključak koji izvlačimo iz naše vodeće teorije o nastanku Univerzuma: kozmološke inflacije. Prije vrućeg Velikog praska, tkanina Svemira širila se eksponencijalnom brzinom, gdje bi se svakih 10–35 sekundi u svim dimenzijama udvostručilo. Inflacija je trajala najmanje 10–33 sekunde ili nešto više, ali mogla je trajati i mnogo duže: sekunde, godine, tisućljeća, bilijuni godina ili proizvoljno dugačko razdoblje. Kad inflacija prestane, Univerzum koji nam je ostao je ravan, ista temperatura svugdje i daleko, daleko varljiviji od svega što se ikada možemo promatrati. S obzirom na konačnu prirodu svega što možemo vidjeti, inflacija je prirodni način stvaranja multiverze mogućnosti.

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. Bonus slike: Bock i sur. (2006, astro-ph / 0604101); modifikacije E. Siegela.

Bez čvrstog znanja o tome kako je započela inflacija ili je ikad imala početak, ne možemo znati koliko je „Multiverse“ izvan našeg stvarnog Univerzuma. Ali na temelju svojstava inflacije koja se utiskuju u Svemir u kojem obitavamo, možemo izvući nekoliko zaključaka o tome. Posebno:

  • Nedostatak prostorne zakrivljenosti,
  • Adiabatska priroda i spektar fluktuacija utisnuti u kozmičkoj mikrovalnoj pozadini,
  • Jačina nesavršenosti koja je dovela do strukture velikih razmjera koje vidimo,
  • Ograničenja inflacije gravitacijskih valova mogla su stvoriti,
  • I superhorizontalne fluktuacije koje opažamo (na ljestvicama većim od vidljivog Svemira),

svi nam daju neka važna ograničenja o vrsti inflacije koja se dogodila i podučavaju nas dvije vrlo važne lekcije, ako su implikacije ovih provjerenih i potvrđenih teorija točne, o našem Multiverse.

Fluktuacije u CMB-u temelje se na iskonskim fluktuacijama proizvedenim inflacijom. Konkretno, 'ravni dio' na velikim skalama (slijeva) nema objašnjenja bez inflacije, a ipak jačina fluktuacija ograničava maksimalne energetske ljestvice koje je Svemir postigao na kraju inflacije. To je daleko niže od Planckove ljestvice. Kreditna slika: NASA / WMAP Science Team.

1.) Inflacija se nije dogodila kod proizvoljno visokih energija. Postoji energetska ljestvica kod koje zakoni fizike više nemaju smisla: Planckova ljestvica, ili oko 1019 GeV. Ovo je oko 100 trilijuna puta veće od maksimalnih energija koje postiže LHC, i faktor je oko 100 milijuna veći od kozmičkih čestica najviše energije koje smo ikada otkrili u Svemiru. Iz otisaka inflacije možemo zaključiti da temperatura na početku vrućeg Velikog praska nikada nije bila viša od oko 1015 ili 1016 GeV, sigurno ispod Planckove skale. To znači da se i inflacija vjerojatno dogodila ispod te ljestvice. Ako je istina, to bi značilo da je inflatorna epoha poštivala trenutne zakone fizike, kao i svaku regiju Multiverse koja je inflacija stvorila.

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. Bonus slike: korisnik Wikipedije Pablo Carlos Budassi.

2.) Postoji bezbroj regija u kojima inflacija nije prestala i traje i danas. Ideja da se Veliki prasak odjednom dogodio odjednom se može primijeniti na naš Univerzum, ali svakako se ne bi trebala primjenjivati ​​na ogromnu većinu Svemira koji postoje u Univerzumu. Pod pretpostavkom da je inflacija kvantno polje, kao i sva polja koja poznajemo, mora se raširiti s vremenom, što znači da u bilo kojoj regiji prostora postoji vjerojatnost da će završiti u određeno vrijeme, ali i vjerojatnost da će nastaviti dalje dok duže.

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. Kreditna slika: E. Siegel / Beyond the Galaxy.

U regiji koja je postala naš Univerzum, a koja može obuhvatiti veliku regiju koja nadilazi više od onoga što možemo promatrati, inflacija je završila odjednom. Ali izvan te regije, postoji još više regija u kojima nije bilo kraja. Te regije rastu i napuhavaju se kako vrijeme prolazi, a iako će u mnogim tim novim regijama doći do završetka inflacije, one u kojima ona neće nastaviti naduvati. Inflacija bi, prema tome, trebala biti vječna za budućnost, barem u nekim prostorima prostora. To je neovisno o tome je li prošlost bila vječna ili ne.

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

Prihvaćanje svega ovoga dovodi do neizbježnog zaključka: mi živimo u Multiverzumu, a naš je Univerzum samo jedan od bezbroj mnogih koji postoje u njemu. Međutim, sa standardnim predviđanjima koja proizlaze iz toga teško je napraviti znanost. Oni uključuju:

  • Te različite regije u kojima inflacija prestaje nikada se ne bi trebale sudarati ili djelovati.
  • Da temeljne konstante i zakoni u različitim regijama trebaju biti isti kao ovdje.
  • I da, osim ako inflacija nije bila istinski vječna prošlosti, nema dovoljno „prostora“ da sadrži sve paralelne Svemire koje bi zahtijevalo tumačenje kvantne fizike mnogih svjetova.
Ideja paralelnih Univerzuma, primijenjena na Schrödingerovu mačku. Koliko god ova ideja bila zabavna i uvjerljiva, bez beskonačno velikog prostora prostora za držanje tih mogućnosti, čak ni inflacija neće stvoriti dovoljno Svemira koji bi sadržavali sve mogućnosti koje nam je donijelo 13,8 milijardi godina kozmičke evolucije. Kreditna slika: Christian Schirm.

Uvijek je moguće stvoriti zamišljeni model koji prkosi tim općim predviđanjima i neki znanstvenici čine karijeru tako. Pišući u NPR-u, Sabine Hossenfelder u pravu je kritizirati takav pristup, rekavši: "Samo zato što je teorija lažna, ne znači da je znanstvena." Ali samo zato što su varijante Multiverse-a lažne i jednostavno zato što su posljedice njegovog postojanja neprimjetne , ne znači da Multiverse nije stvaran. Ako su kozmička inflacija, Opća relativnost i teorija kvantnog polja sve ispravne, multiverzalna vjerojatnost je stvarna i mi živimo u njoj.

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

Samo nemojte očekivati ​​da će to riješiti vaša goruća pitanja o Univerzumu. Za to vam je potrebna fizika koju možete položiti na eksperimentalni ili uočljivi test. Dok ne dođe taj dan, posljedice Multiverse vjerojatno će ostati u carstvu znanstvene fantastike: tamo gdje trenutno pripadaju. U redu je nagađati, ali ako inzistirate na tome da rješenje fizičkog problema dodijelite neuništivom obilježju Univerzuma, vi u suštini odustajete od fizike. Svi znamo da su misterije Univerzuma teške, ali to nije razlog da ne pokušamo naći rješenje. Multiverse je stvaran, ali daje odgovor na apsolutno ništa.

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.