Czy istnieją światy równoległe?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-16 16:14

Rzeczywistość fizyczna może być znacznie bardziej rozległa niż tylko kawałek przestrzeni w czasie, który nazywamy Wszechświatem. Nasze środowisko kosmiczne można zbudować na niesamowitą skalę, a nasze instrumenty astronomiczne są niesamowicie ograniczone. My, jak mrówki, nie wiemy, jak ogromny jest świat poza mrowiskiem.

Tak więc niektórzy fizycy teoretyczni poważnie rozważają teorię wieloświata, zgodnie z którą nasz świat jest tylko jednym z wielu. Co więcej, stosując teorię kwantową do Wszechświata, zmuszeni jesteśmy przyznać, że istnieje on jednocześnie w wielu stanach.

Innymi słowy, dopuszczając zastosowanie fluktuacji kwantowych do Wszechświata, jesteśmy praktycznie zmuszeni do uznania istnienia światów równoległych. Interesujące jest również to, że połączenie teorii strun i „wiecznej” wersji kosmologii inflacyjnej (mowa o inflacyjnym modelu Wszechświata) zapewnia naturalną podstawę dla tzw. „wieloświata krajobrazowego”.

Teoria wieloświata: inflacja

Po pierwsze, koncepcja wieloświata pojawia się w kilku dziedzinach fizyki (i filozofii) jednocześnie, ale najbardziej uderzającym przykładem jest teoria inflacji, która opisuje hipotetyczne wydarzenie, które miało miejsce, gdy nasz wszechświat był bardzo młody – mniej niż drugi stary. Według NASA w niewiarygodnie krótkim czasie Wszechświat przeszedł okres gwałtownej ekspansji, „pęcznienia”, powiększania się i powiększania.

Uważa się, że inflacja w naszym wszechświecie skończyła się około 14 miliardów lat temu. Jednak inflacja nie kończy się wszędzie w tym samym czasie. Badacze uważają, że być może inflacja kończy się w jednym regionie, ale utrzymuje się w innych.

Tak więc, chociaż inflacja w naszym wszechświecie skończyła się, mogą istnieć inne, znacznie bardziej odległe regiony, w których inflacja trwała – i trwa do chwili obecnej. Co więcej, indywidualne wszechświaty, według LiveScience, mogą „ściskać” większe, pęczniejące, rozszerzające się wszechświaty, tworząc nieskończone morze wiecznej inflacji, wypełnione licznymi indywidualnymi wszechświatami.

W tym scenariuszu wiecznej inflacji każdy wszechświat powstałby z własnymi prawami fizyki, własnym zbiorem cząstek, własnym rozmieszczeniem sił i własnymi wartościami stałych podstawowych – twierdzą naukowcy.

To może wyjaśniać, dlaczego nasz wszechświat ma właściwości, które posiada, a zwłaszcza te, które trudno wyjaśnić za pomocą pojęć takich jak ciemna materia czy stała kosmologiczna. „Gdyby istniał wieloświat, mielibyśmy losowe stałe kosmologiczne w różnych wszechświatach i to tylko zbieg okoliczności, że ta, którą mamy w naszym wszechświecie, przyjmuje wartość, którą obserwujemy” – mówi Dan Heling, kosmolog z Uniwersytetu. Arizona i ekspert w dziedzinie teorii multiwersów.

Teoria wieloświata: obserwacje i dowody

Co ciekawe, kolejnym dowodem na istnienie kreskówek są obserwacje – w naszym Wszechświecie musiało się wydarzyć tyle rzeczy, że istnienie życia wydaje się niewiarygodne. A gdyby istniał tylko jeden Wszechświat, najprawdopodobniej nie powinno w nim być życia. Ale w multiwersie prawdopodobieństwo życia jest znacznie wyższe. Ale tej teorii trudno nazwać przekonującą, dlatego większość naukowców pozostaje sceptycznie nastawiona do idei wieloświata.

A jednak wielu próbowało znaleźć bardziej fizyczne, przekonujące dowody na jego istnienie. Na przykład, jeśli sąsiedni wszechświat był blisko naszego dawno temu, mógł się z nim zderzyć, pozostawiając zauważalny ślad.

Odcisk ten może mieć postać zniekształceń w kosmicznym mikrofalowym promieniowaniu tła lub promieniowaniu reliktowym (światło pozostałe z czasów, gdy Wszechświat był milion razy mniejszy niż obecnie) lub w dziwnych właściwościach galaktyk w kierunku zderzenia, według artykułu opublikowanego przez naukowców z University College London….

Niektórzy astrofizycy poszli jeszcze dalej, szukając specjalnych rodzajów czarnych dziur, które mogą być artefaktami z części naszego wszechświata, które oddzieliły się do własnego wszechświata w procesie zwanym tunelowaniem kwantowym.

Gdyby niektóre obszary naszego wszechświata zostały w ten sposób podzielone, pozostawiłyby po sobie „bąbelki” w naszym wszechświecie, które zamieniłyby się w te unikalne czarne dziury, które zdaniem badaczy „mogą istnieć dzisiaj”.

„Potencjalne odkrycie tych czarnych dziur może wówczas wskazywać na istnienie wieloświata” – mówią teoretycy. Jednak wszystkie te rodzaje poszukiwań jak dotąd nie prowadziły donikąd, więc dziś Multiverse pozostaje hipotetyczny.

Teoria wieloświata: promieniowanie tła

W 1964 roku fizycy Arno Penzias i Robert Wilson pracowali w Bell Laboratories w Holmdel w stanie New Jersey, tworząc ultraczułe odbiorniki mikrofalowe do obserwacji radioastronomicznych. Ale cokolwiek zrobili, nie udało im się usunąć z odbiorników szumu radiowego w tle, który, co dziwne, zdawał się dochodzić ze wszystkich kierunków jednocześnie.

Penzias skontaktował się z fizykiem z Princeton University, Robertem Dicke, który wysunął teorię, że szum radiowy może być kosmicznym mikrofalowym promieniowaniem tła (CMB), które jest podstawowym promieniowaniem mikrofalowym wypełniającym wszechświat.

Oto historia odkrycia CMB, prosta i elegancka. Za swoje odkrycie Penzias i Wilson otrzymali w 1978 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki i nie bez powodu. Ich praca zapoczątkowała nową erę kosmologii, umożliwiając naukowcom badanie i rozumienie wszechświata jak nigdy dotąd.

Co ciekawe, praca fizyków doprowadziła również do jednego z najbardziej zdumiewających odkryć w najnowszej historii: unikalne cechy promieniowania reliktowego mogą być pierwszym bezpośrednim dowodem na to, że naprawdę istnieje nieskończona liczba światów poza znanym wszechświatem. Aby jednak poprawnie zrozumieć to niecodzienne stwierdzenie, konieczna jest podróż do początku czasu.

Teoria wieloświata: Wielki Wybuch

Zgodnie z ogólnie przyjętą teorią powstania Wszechświata, w ciągu pierwszych kilkuset tysięcy lat po Wielkim Wybuchu nasz Wszechświat wypełniony był niesamowicie gorącą plazmą, składającą się z jąder, elektronów i fotonów rozpraszających światło.

Około 380 000 lat ciągła ekspansja naszego wszechświata ochłodziła go do temperatur poniżej 3000 kelwinów, co pozwoliło elektronom łączyć się z jądrami, tworząc neutralne atomy, a absorpcja wolnych elektronów pozwoliła światłu oświetlić ciemność.

Dowodem na to – w postaci wspomnianego wcześniej CMB – jest to, co znaleźli Penzias i Wilson. Ich odkrycie ostatecznie pomogło w ustaleniu teorii Wielkiego Wybuchu.

Przez wiele eonów postępująca ekspansja ochłodziła nasz wszechświat do temperatury zaledwie około 2,7K, ale ta temperatura jest nierówna. Różnice temperatur wynikają z nierównomiernego rozmieszczenia materii we wszechświecie. Uważa się, że jest to spowodowane niewielkimi fluktuacjami gęstości kwantowej, które miały miejsce tuż po Wielkim Wybuchu.

W 2017 roku naukowcy z University of Durham w Wielkiej Brytanii opublikowali artykuł sugerujący, że odciski CMB (zwane zimnymi plamami) mogą być dowodem na istnienie innych światów. Autorzy postawili hipotezę, że plamy w mikrofalowym promieniowaniu tła pojawiły się w wyniku zderzenia naszego wszechświata z innym.

Ogólnie rzecz biorąc, plamy w promieniowaniu reliktowym można uznać za pierwszy dowód na istnienie wieloświata - miliardów innych wszechświatów, podobnych do naszego - piszą naukowcy.

Teoria wieloświata: ciemna materia

Kolejnym dowodem w skarbcu teorii wieloświata jest dodanie nowego, niezwykle interesującego badania. Jego wyniki, pisze Vice, sugerują, że czarne dziury powstałe z zapadniętych wszechświatów generują ciemną materię, a nasz własny wszechświat może wyglądać jak czarna dziura dla osób postronnych.

Zauważ, że ciemna materia jest niewidzialną substancją, która stanowi większość masy Wszechświata - chociaż nie emituje wykrywalnego światła, nadal istnieje, ponieważ ma wpływ grawitacyjny na gromady galaktyk i inne emitujące obiekty w kosmosie.

Zaproponowano oszałamiający zestaw hipotez wyjaśniających ciemną materię, ale teraz naukowcy zasugerowali, że pierwotne czarne dziury, hipotetyczne obiekty pochodzące z początków Wszechświata, „są realnymi kandydatami na ciemną materię”. Do takiego wniosku doszedł międzynarodowy zespół naukowców ze Stanów Zjednoczonych, Japonii i Tajwanu w artykule opublikowanym w czasopiśmie naukowym Physical Review Letters w styczniu tego roku.

A jednak w tej chwili wszystkie te koncepcje są spekulatywne, chociaż fizycy oczekują w nadchodzących latach nowych sposobów obserwacji za pomocą wyrafinowanych teleskopów, które pomogą odpowiedzieć na wiele pytań.

Teoria wieloświata: ponowna inflacja

Słynny brytyjski fizyk teoretyczny Stephen Hawking zmarł 14 marca 2018 r. po dziesięcioleciach spędzonych na wózku inwalidzkim i uzależnieniu od syntezatora mowy z powodu cierpienia spowodowanego stwardnieniem zanikowym bocznym. Ostatnia praca naukowa naukowca, opublikowana zaledwie 10 dni przed śmiercią, została napisana wspólnie z profesorem fizyki teoretycznej Thomasem Hertogiem i dotyczyła wieloświata.

W artykule zatytułowanym „Gładkie wyjście z wiecznej inflacji?” Hawking i Hertog wysunęli teorię, że szybka ekspansja czasoprzestrzeni po Wielkim Wybuchu może zachodzić wielokrotnie, tworząc wiele wszechświatów.

Ich praca jest zasadniczo rozszerzeniem teorii inflacji, która sugeruje, że przed Wielkim Wybuchem wszechświat był wypełniony energią, która była częścią samej przestrzeni i ta energia powodowała rozszerzanie się przestrzeni w tempie wykładniczym. To właśnie ta energia dała początek Wielkiemu Wybuchowi io tym rozmawialiśmy wcześniej.

Ponieważ jednak inflacja, jak wszystko inne, ma charakter kwantowy, oznacza to, że we wszechświecie muszą istnieć obszary przestrzeni, w których inflacja się kończy, a zaczyna Wielki Wybuch. Jednak obszary te nigdy nie mogą się ze sobą kolidować, ponieważ są oddzielone obszarami przestrzeni nadmuchanej.

Teoria wieloświata: krytyka i wnioski

Podsumowując, należy powiedzieć, że gdy ktoś mówi o teorii wieloświata, może to brzmieć jednocześnie zarozumiale i pokornie. Ale wielu fizyków reaguje zupełnie inaczej: ich zdaniem idea wieloświata jest nienaukowa, a być może nawet „niebezpieczna”, ponieważ może prowadzić do źle ukierunkowanych wysiłków naukowych.

Na przykład Paul Steinhardt, profesor nauk przyrodniczych na Uniwersytecie Princeton, nazwał teorię wieloświata „Teorią wszystkiego”, ponieważ jest ona zgodna z arbitralną obserwacją, a zatem nie ma żadnego empirycznego nastawienia.

Tak czy inaczej, mimo krytyki teorii pluralizmu światów, dane z badań naukowych (niektóre z nich opisane są w tym artykule) pozwalają na wysuwanie nawet tak z pozoru szalonych teorii. W końcu wracając do analogii z mrowiskiem, co wiemy o świecie, w którym żyjemy?