O idei multiwszechświata

Wraz z odkryciem galaktyk dotarliśmy do momentu, w którym wydawało się, że niepoznanymi obszarami Wszechświata są jedynie te, z których światło jeszcze nie zdołało do nas dotrzeć lub nie dotrze nigdy. Najnowsze teorie naukowe sugerują jednak, że może istnieć jeszcze większa przestrzeń, w której nasz Wszechświat jest niewielką częścią gigantycznego multiwszechświata, podobnie jak nasza galaktyka jest jedną z multum galaktyk usianych we Wszechświecie. Pomysł kontrowersyjny i przez długi czas traktowany przez naukowców niepoważnie, lecz współcześnie rozpatrywany jako pełnoprawna gałąź badań naukowych.

Koncepcja wszechświatów równoległych została ugruntowana na określonych teoriach naukowych, sama w sobie zatem nie jest teorią, lecz hipotezą – przewidywaniem wynikającym z owych teorii.^[1]

Idea zbioru wielu wszechświatów[i] zakłada, że istnieje ich nieskończona ilość. Niektóre z nich, podobnie jak nasz, są wypełnione atomami, planetami, gwiazdami, galaktykami oraz naszymi kopiami i mają podobną historię do naszej, warunkowaną wyłącznie nieco odmiennymi szczegółami w chwili powstania. Część z nich różni się stałymi fizycznymi, cząstkami i ilością wymiarów, w których życie wygląda inaczej niż to, które znamy, lub w ogóle nie jest możliwe. Jeszcze inne charakteryzują się odmiennymi podstawowymi równaniami fizycznymi, na tyle abstrakcyjnymi, że tylko umysł obdarzony ponadprzeciętną pomysłowością mógłby sobie wyobrazić choćby jeden z nich.^[2]

Za jej poprawnością przemawia niezwykła skuteczność matematyki w opisywaniu rzeczywistości. W przyrodzie odkrywanych jest coraz więcej kształtów, wzorców i prawidłowości, które można opisać za jej pomocą. Stosując „redukcję zbędnego bagażu”, czyli pozbycie się bagażu ludzkich pojęć (nadanych po to, by ułatwić zrozumienie świata), pozostają jedynie abstrakcyjne własności matematyczne – liczby określające zarówno fizyczną tkankę świata: jej wymiarowość, krzywiznę czy topologię, jak i cząstki elementarne: ich ładunek, spin i liczbę leptonową. Innymi słowy, teorie fizyczne są odpowiednio zinterpretowanymi strukturami matematycznymi – zbiorami abstrakcyjnych obiektów i związków między nimi. Struktury te charakteryzują się pewnymi symetriami (zachowaniem kształtu obiektu, nawet gdy go odkształcimy lub obrócimy), oznaczanymi jako SU(3) × SU(2) × U(1) i gdy zastąpimy je innymi symetriami, otrzymamy odmienną strukturę z innymi liczbami. Do badania tych struktur wystarczające są komputery i odpowiednie pomysły.^[3]

Choć hipoteza matematycznej rzeczywistości brzmi intrygująco, zdumiewające rzeczy zaczynają się dopiero, gdy spojrzymy na świat w skali mikroskopowej, w której cząstki elementarne nie zachowują się zgodnie z klasycznymi prawami fizyki.

W 1926 roku Erwin Schrödinger (1887-1961) sformułował model zachowania elektronów w atomach, który mówi, że elektron może znajdować się jednocześnie w wielu miejscach, tworząc „chmurę elektronową”, a jej kształt opisuje funkcja falowa. Innymi słowy oznacza to, że cząstka jest obiektem znajdującym się w jednym określonym miejscu i zarazem jest falą będącą w tzw. superpozycji, czyli kilku miejscach naraz. Fakt ten budzi wiele zamieszania wśród fizyków kwantowych i spierają się oni, dlaczego nigdy nie obserwujemy takiej sytuacji. Niels Bohr (1885-1962) i Werner Heisenberg (1901-1976) zaproponowali rozwiązanie, znane pod nazwą interpretacji kopenhaskiej, które tłumaczy, że gdy dochodzi do obserwacji, funkcja falowa ulega redukcji (załamaniu) i dlatego obserwator znajduje dany obiekt tylko w jednym miejscu. Jednakże Hugh Everett (1930-1982) wywnioskował, że funkcja falowa absolutnie nigdy jej nie ulega i nawet jeśli istnieje tylko jedna rzeczywistość kwantowa (w ramach której wszystkie cząstki tworzące nasz Wszechświat znajdują się w dwóch miejscach jednocześnie), to w praktyce oznacza to przypadek, w którym nasz Wszechświat dzieli się na dwa wszechświaty równoległe, lecz w wyniku przepływu konkretnej informacji do naszego mózgu, my jesteśmy świadomi wyłącznie jednego stanu. Każdy z tych nieustannie tworzących się wszechświatów, miałby znajdować się w trójwymiarowej przestrzeni, w tym samym miejscu co my, lecz oddalony od nas w przestrzeni Hilberta – abstrakcyjnej przestrzeni o nieskończonej liczbie wymiarów, którą „zamieszkuje” funkcja falowa.^[4]

Amerykański naukowiec Alan Guth (1947-) ukuł także wdzięcznie brzmiącą teorię kosmologicznej inflacji. Teoria ta została wywnioskowana z einsteinowskiej teorii grawitacji i nie tylko przemawia za prawdziwością hipotezy multiwszechświata, ale także wyjaśnia początek istnienia, rozwoju oraz inne cechy naszego Wszechświata (np. płaskość przestrzeni, jej trójwymiarowość, prędkość ekspansji czy synchronicznosć obszarów we wszystkich kierunkach). Inflacja jest procesem ustalającym przypadkowe warunki początkowe, unikalne dla każdego z nieskończonej ilości wszechświatów, a więc również dla naszego. To początkowe „dostrojenie” odpowiada za wszelkie zjawiska – począwszy od Wielkiego Wybuchu – jakie zdołaliśmy poznać i zaobserwować, i jakie nastaną w przyszłości w naszym Wszechświecie.^[5]

Wziąwszy pod uwagę nieskończoność możliwości dostrojenia wszechświatów, powinniśmy wnioskować, że w dużej ilości z nich istnieje życie w jakiejkolwiek postaci. W istocie jest na odwrót – większość z nich jest martwa jak kamień lub zaistniała na tyle krótko, że nie zdążyło tam pojawić się cokolwiek złożonego. Żeby mogło cokolwiek takiego zaistnieć, wspomniane dostrojenie musi spełniać restrykcyjne warunki. O jakich warunkach mowa, opowiem w następnym wpisie.

Powiązane:
Krótka historia przestrzeni → O idei multiwszechświata → Liczby życia → Od Wielkiego Wybuchu do narodzin Ziemi → Jak cenne jest życie? cz.1  → Jak cenne jest życie? cz.2  → Czy świadomość czyni nas wyjątkowymi?
O naturze informacji

Przypisy:
[1] M. Tegmark, Nasz matematyczny Wszechświat, Warszawa: Prószyński i S-ka 2014, s. 184.
[2] Tamże, s. 461.
[3] Tamże, s. 353-508.
[4] Tamże, s. 231-333.
[5] Tamże, s. 144-175.
[i] Hipoteza multiwszechświata spotyka się nadal z krytyką. Przede wszystkim możliwość różnorodnego „dostrajania” warunków początkowych stoi w sprzeczności ze współczesnym poszukiwaniem „teorii wszystkiego”, której fundamentalna zasada głosi, że światem rządzi jedna, logicznie spójna unifikująca teoria (obecnie najlepszą kandydatką jest M-teoria/teoria strun). Jakiekolwiek jej naruszenie powodowałoby destrukcję, czyli brak istnienia czegokolwiek. Zob. M Heller, Filozofia i Wszechświat, Kraków: Universitas 2013, s. 436.
[ii] SU jest symbolem specyficznej własności matematycznej danej symetrii, a liczba w nawiasie oznacza ilość możliwych sposobów przestawiania identycznych obiektów w danym multiplecie. SU(3) x SU(2) x U (1) jest iloczynem trzech z czterech podstawowych sił rządzących naturą: oddziaływań elektromagnetycznego, silnego i słabego. Zob. Michio Kaku, Hiperprzestrzeń, Warszawa: Prószyński i S-ka 2012, s. 162-164.