Jak często myślisz o tym, jak wyglądałby dzisiejszy świat, gdyby wynik niektórych kluczowych wydarzeń historycznych był inny? Jak wyglądałaby nasza planeta, gdyby na przykład dinozaury nie wyginęły? Każde nasze działanie i decyzja automatycznie stają się częścią przeszłości. Tak naprawdę nie ma teraźniejszości: wszystko, co robimy w tej chwili, nie może zostać zmienione, jest to zapisane w pamięci Wszechświata. Istnieje jednak teoria, według której istnieje wiele wszechświatów, w których żyjemy zupełnie innym życiem: każde nasze działanie wiąże się z pewnym wyborem, a dokonując tego wyboru w naszym Wszechświecie, równolegle z „innym ja” podejmuje odwrotną decyzję. Na ile uzasadniona jest taka teoria z naukowego punktu widzenia? Dlaczego naukowcy sięgnęli po to? Spróbujmy to rozgryźć w naszym artykule.

Koncepcja wielu światów wszechświata

O teorii prawdopodobnego zbioru światów po raz pierwszy wspomniał amerykański fizyk Hugh Everett. Zaproponował swoje rozwiązanie jednej z głównych tajemnic fizyki kwantowej. Zanim przejdziemy bezpośrednio do teorii Hugh Everetta, należy zrozumieć, na czym polega tajemnica cząstek kwantowych, która od dziesięcioleci prześladuje fizyków na całym świecie.

Wyobraźmy sobie zwykłego elektronu. Okazuje się, że jako obiekt kwantowy może znajdować się w dwóch miejscach jednocześnie. Ta właściwość nazywa się superpozycją dwóch stanów. Ale na tym magia się nie kończy. Gdy tylko będziemy chcieli w jakiś sposób określić lokalizację elektronu, spróbujemy go strącić innym elektronem, wtedy z kwantowej stanie się zwyczajny. Jak to możliwe: elektron był zarówno w punkcie A, jak i w punkcie B i nagle w pewnym momencie przeskoczył do B?

Hugh Everett przedstawił swoją interpretację tej kwantowej tajemnicy. Według jego teorii wielu światów elektron nadal istnieje w dwóch stanach jednocześnie. Chodzi o samego obserwatora: teraz zamienia się on w obiekt kwantowy i dzieli się na dwa stany. W jednym z nich widzi elektron w punkcie A, w drugim w B. Istnieją dwie równoległe rzeczywistości i nie wiadomo, w której z nich odnajdzie się obserwator. Podział na rzeczywistości nie ogranicza się do cyfry dwa: ich rozgałęzienie zależy jedynie od zmienności zdarzeń. Jednak wszystkie te rzeczywistości istnieją niezależnie od siebie. My, jako obserwatorzy, znaleźliśmy się w jednym, z którego nie da się ani wyjść, ani przejść do równoległego.

Octavio Fossatti / Unsplash.com

Z punktu widzenia tej koncepcji eksperyment z najbardziej naukowym kotem w historii fizyki, kotem Schrödingera, jest łatwy do wyjaśnienia. Według wieloświatowej interpretacji mechaniki kwantowej biedny kot w stalowej komorze jest zarówno żywy, jak i martwy. Kiedy otwieramy tę komnatę, to tak, jakbyśmy łączyli się z kotem i tworzyli dwa stany – żywy i martwy, które się nie przecinają. Tworzą się dwa różne wszechświaty: w jednym obserwator z martwym kotem, w drugim z żywym.

Warto od razu zauważyć, że koncepcja wielu światów nie implikuje obecności wielu wszechświatów: jest jeden, po prostu wielowarstwowy, a każdy znajdujący się w nim obiekt może znajdować się w różnych stanach. Koncepcji takiej nie można uważać za teorię potwierdzoną eksperymentalnie. Na razie jest to jedynie matematyczny opis tajemnicy kwantowej.

Teorię Hugh Everetta popierają fizyk i profesor australijskiego Uniwersytetu Griffith Howard Wiseman, dr Michael Hall z Centrum Dynamiki Kwantowej Griffith University oraz dr Dirk-Andre Deckert z Uniwersytetu Kalifornijskiego. Ich zdaniem światy równoległe naprawdę istnieją i mają różne cechy. Wszelkie tajemnice i wzorce kwantowe są konsekwencją „odpychania” sąsiednich światów od siebie. Te zjawiska kwantowe powstają w taki sposób, że każdy świat różni się od drugiego.

Pojęcie wszechświatów równoległych i teoria strun

Z lekcji szkolnych dobrze pamiętamy, że w fizyce istnieją dwie główne teorie: ogólna teoria względności i kwantowa teoria pola. Pierwsza wyjaśnia procesy fizyczne w makroświecie, druga w mikro. Jeśli obie te teorie zostaną użyte na tę samą skalę, będą sobie zaprzeczać. Wydaje się logiczne, że powinna istnieć jakaś ogólna teoria, która ma zastosowanie do wszystkich odległości i skal. W związku z tym fizycy wysunęli teorię strun.

Faktem jest, że w bardzo małej skali powstają pewne wibracje podobne do drgań zwykłej struny. Struny te są naładowane energią. „Stringi” nie są ciągami w dosłownym tego słowa znaczeniu. Jest to abstrakcja wyjaśniająca oddziaływanie cząstek, stałe fizyczne i ich charakterystykę. W latach 70. XX wieku, kiedy narodziła się ta teoria, naukowcy wierzyli, że opisywanie całego naszego świata stanie się uniwersalne. Okazało się jednak, że teoria ta sprawdza się tylko w przestrzeni 10-wymiarowej (a my żyjemy w przestrzeni czterowymiarowej). Pozostałe sześć wymiarów przestrzeni po prostu się zapada. Ale jak się okazało, nie składa się ich w prosty sposób.

W 2003 roku naukowcy odkryli, że mogą one zapaść się na wiele sposobów, a każda nowa metoda prowadzi do powstania własnego wszechświata o różnych stałych fizycznych.

Jasona Blackeye’a / Unsplash.com

Podobnie jak w przypadku koncepcji wielu światów, teorię strun dość trudno jest udowodnić eksperymentalnie. Ponadto matematyczny aparat teorii jest tak trudny, że dla każdej nowej idei należy szukać matematycznego wyjaśnienia dosłownie od zera.

Hipoteza wszechświata matematycznego

Kosmolog i profesor Massachusetts Institute of Technology Max Tegmark przedstawił swoją „teorię wszystkiego” w 1998 roku i nazwał ją hipotezą matematycznego wszechświata. Na swój sposób rozwiązał problem istnienia dużej liczby praw fizycznych. Jego zdaniem każdy zbiór tych praw, spójny z punktu widzenia matematyki, odpowiada niezależnemu wszechświatowi. Uniwersalność teorii polega na tym, że można ją wykorzystać do wyjaśnienia całej gamy praw fizycznych i wartości stałych fizycznych.

Tegmark zaproponował, aby wszystkie światy, zgodnie z jego koncepcją, podzielić na cztery grupy. Do pierwszej zaliczają się światy znajdujące się poza naszym kosmicznym horyzontem, tzw. obiekty pozametagalaktyczne. Do drugiej grupy zaliczają się światy posiadające inne stałe fizyczne, odmienne od tych występujących w naszym Wszechświecie. Trzeci to światy, które pojawiają się w wyniku interpretacji praw mechaniki kwantowej. Czwarta grupa to pewien zbiór wszystkich wszechświatów, w których pojawiają się pewne struktury matematyczne.

Jak zauważa badacz, nasz Wszechświat nie jest jedyny, gdyż przestrzeń jest nieograniczona. Nasz świat, w którym żyjemy, ograniczony jest przestrzenią, z której światło dotarło do nas 13,8 miliarda lat po Wielkim Wybuchu. O innych wszechświatach będziemy mogli wiarygodnie poznawać za co najmniej kolejny miliard lat, dopóki światło z nich nie dotrze do nas.

Stephen Hawking: czarne dziury to droga do innego wszechświata

Stephen Hawking jest także zwolennikiem teorii wielu wszechświatów. Jeden z najsłynniejszych naukowców naszych czasów po raz pierwszy opublikował swój esej „Czarne dziury i młode wszechświaty” w 1988 roku. Badacz sugeruje, że czarne dziury są drogą do alternatywnych światów.

Dzięki Stephenowi Hawkingowi wiemy, że czarne dziury mają tendencję do utraty energii i parowania, uwalniając promieniowanie Hawkinga, którego nazwa pochodzi od samego badacza. Zanim wielki naukowiec dokonał tego odkrycia, społeczność naukowa wierzyła, że ​​wszystko, co w jakiś sposób wpadło do czarnej dziury, zniknęło. Teoria Hawkinga obala to założenie. Według fizyka hipotetycznie każda rzecz, przedmiot, obiekt, który wpadnie do czarnej dziury, wylatuje z niej i ląduje w innym wszechświecie. Jednak taka podróż jest ruchem jednokierunkowym: nie ma drogi powrotu.

Czy jesteś wyjątkowy? W Twoim postrzeganiu świata odpowiedź jest prosta: różnisz się od wszystkich innych osób na tej planecie. Czy nasz Wszechświat jest wyjątkowy? Koncepcja wielu rzeczywistości lub wszechświatów równoległych komplikuje tę odpowiedź i stanowi wyzwanie: co wiemy o wszechświecie i o nas samych?

Jeden z modeli potencjalnych wielu wszechświatów nazywany jest teorią wielu światów. Teoria może wydawać się dziwna i nierealistyczna do tego stopnia, że ​​pasuje raczej do filmów science fiction niż do prawdziwego życia. Nie ma jednak eksperymentu, który mógłby jednoznacznie zdyskredytować jego wiarygodność.

Początki hipotezy wszechświatów równoległych są ściśle związane z wprowadzeniem idei mechaniki kwantowej na początku XX wieku. Mechanika kwantowa, gałąź fizyki badająca mikrokosmos, przewiduje zachowanie obiektów nanoskopowych. Fizycy mieli trudności z dopasowaniem zachowania materii kwantowej do modelu matematycznego. Na przykład foton, maleńka wiązka światła, może poruszać się pionowo w górę i w dół, jednocześnie poruszając się poziomo do przodu lub do tyłu.

To zachowanie stanowi wyraźny kontrast w stosunku do obiektów widocznych gołym okiem – wszystko, co widzimy, porusza się albo jako fala, albo jako cząstka. Tę teorię dualności materii nazwano Zasadą Nieoznaczoności Heisenberga (HEP), która stwierdza, że ​​akt obserwacji wpływa na takie wielkości, jak prędkość i położenie.

W odniesieniu do mechaniki kwantowej ten efekt obserwacji może podczas pomiarów wpływać na kształt cząstek lub fal obiektów kwantowych. Przyszłe teorie kwantowe, takie jak kopenhaska interpretacja Nielsa Bohra, wykorzystywały PNG do argumentowania, że ​​obserwowany obiekt nie zachowuje swojej podwójnej natury i może znajdować się tylko w jednym stanie.

W 1954 roku młody student Uniwersytetu Princeton, Hugh Everett, zaproponował radykalną propozycję, różniącą się od popularnych modeli mechaniki kwantowej. Everett nie wierzył, że ta obserwacja podnosi kwestię kwantową. Zamiast tego argumentował, że obserwacja materii kwantowej tworzy rozłam we wszechświecie. Innymi słowy, wszechświat tworzy swoje kopie, biorąc pod uwagę wszelkie prawdopodobieństwa, a te duplikaty będą istnieć niezależnie od siebie. Za każdym razem, gdy naukowiec z jednego wszechświata mierzy foton i analizuje go jako falę, ten sam naukowiec z innego wszechświata analizuje go jako cząstkę. Każdy z tych wszechświatów oferuje wyjątkową i niezależną rzeczywistość, która współistnieje z innymi równoległymi wszechświatami.

Jeśli teoria wielu światów Everetta (MWT) jest poprawna, zawiera wiele implikacji, które całkowicie zmienią sposób, w jaki postrzegamy życie. Każde działanie, które ma więcej niż jeden możliwy wynik, prowadzi do podziału Wszechświata. Zatem istnieje nieskończona liczba równoległych wszechświatów i nieskończonych kopii każdej osoby. Kopie te mają te same twarze i ciała, ale różne osobowości (jedna może być agresywna, a druga pasywna), ponieważ każda z nich otrzymuje inne doświadczenie. Nieskończona liczba alternatywnych rzeczywistości sugeruje również, że nikt nie jest w stanie osiągnąć wyjątkowych osiągnięć. Każda osoba – lub inna wersja tej osoby w równoległym wszechświecie – zrobiła lub zrobi wszystko.

Poza tym z TMM wynika, że ​​każdy jest nieśmiertelny. Starość nigdy nie przestanie być pewnym zabójcą, ale niektóre alternatywne rzeczywistości mogą być tak zaawansowane naukowo i technologicznie, że opracowano medycynę przeciwstarzeniową. Jeśli umrzesz w jednym świecie, inna wersja ciebie w innym świecie przeżyje.

Najbardziej niepokojącą konsekwencją wszechświatów równoległych jest to, że twoje postrzeganie świata jest nierealne. Nasza „rzeczywistość” w tym momencie w jednym równoległym wszechświecie będzie zupełnie inna od drugiego świata; jest to jedynie drobna fikcja nieskończonej i absolutnej prawdy. Możesz wierzyć, że właśnie czytasz ten artykuł, ale istnieje wiele kopii, które nie są czytane. Tak naprawdę jesteś nawet autorem tego artykułu w odległej rzeczywistości. Czy więc zdobycie nagrody i podjęcie decyzji ma znaczenie, jeśli możemy stracić te nagrody i wybrać coś innego? Albo żyć, próbując osiągnąć więcej, podczas gdy tak naprawdę moglibyśmy być martwi gdzie indziej?

Niektórzy naukowcy, na przykład austriacki matematyk Hans Moravec, próbowali obalić możliwość istnienia wszechświatów równoległych. W 1987 roku Moravec przeprowadził słynny eksperyment zwany samobójstwem kwantowym, podczas którego pistolet podłączony do maszyny mierzącej kwark jest wycelowany w osobę. Za każdym naciśnięciem spustu mierzony jest spin kwarka. W zależności od wyniku pomiaru broń albo strzela, albo nie. Na podstawie tego eksperymentu można stwierdzić, że pistolet zastrzeli osobę lub nie, z 50-procentowym prawdopodobieństwem w każdym scenariuszu. Jeżeli TMM nie jest prawdziwy, wówczas prawdopodobieństwo przeżycia człowieka maleje po każdym pomiarze kwarka, aż osiągnie zero.

Z drugiej strony TMM stwierdza, że ​​eksperymentator zawsze ma 100% szans na przeżycie w jakimś równoległym wszechświecie, a człowiek ma do czynienia z kwantową nieśmiertelnością.

Kiedy mierzy się kwark, istnieją dwie możliwości: broń może wystrzelić lub nie. W tym momencie TMM stwierdza, że ​​Wszechświat dzieli się na dwa różne wszechświaty, co odpowiada dwóm możliwym zakończeniom. Broń będzie strzelać w jednej rzeczywistości, ale nie w innej.

Ze względów moralnych naukowcy nie mogą wykorzystywać eksperymentu Moraveca do obalenia lub potwierdzenia istnienia światów równoległych, ponieważ badani mogą być martwi tylko w tej konkretnej rzeczywistości i nadal żyć w innym równoległym świecie. Tak czy inaczej, teoria wielu światów i jej zaskakujące konsekwencje podważają wszystko, co wiemy o wszechświecie.

Jeszcze nie całkiem jasne? W porządku...

Nauka

Wszechświat, w którym żyjemy, nie jest wyjątkowy. W rzeczywistości jest ona tylko jedną jednostką nieskończonej liczby wszechświatów, których całość nazywa się Wieloświat.

Twierdzenie, że istniejemy w Multiwersum, może wydawać się fantazją, ale kryje się za tym wiele powodów. prawdziwe naukowe wyjaśnienia. Ogromna liczba teorii fizycznych niezależnie wskazuje, że Wieloświat naprawdę istnieje.

Zapraszamy do zapoznania się z najsłynniejszymi teoriami naukowymi, które potwierdzają fakt, że nasz Wszechświat jest jedynie cząstką Multiwersum.

1) Nieskończoność wszechświatów

Naukowcy nie są jeszcze pewni, jaki kształt ma czasoprzestrzeń, ale jest to najprawdopodobniejsze ten model fizyczny ma płaski kształt(w przeciwieństwie do kształtu kulistego lub pączka) i rozciąga się w nieskończoność. Jeśli czasoprzestrzeń jest nieskończona, w pewnym momencie musi się powtórzyć. Wynika to z faktu, że cząstki można ułożyć w przestrzeni i czasie w określony sposób, a liczba tych sposobów jest ograniczona.

Jeśli więc spojrzysz wystarczająco daleko, możesz natknąć się na inną wersję siebie, a raczej nieskończonej liczby opcji. Niektóre z tych bliźniaków będą robić to samo, co Ty, inne będą nosić inne ubrania, wykonywać inną pracę i dokonywać różnych wyborów życiowych.

Trudno sobie wyobrazić wielkość naszego wszechświata. Cząsteczki światła podróżują od środka do krawędzi w ciągu 13,7 miliardów lat. Dokładnie ile lat temu miał miejsce Wielki Wybuch. Czasoprzestrzeń poza tą odległością można uznać za odrębny wszechświat. W ten sposób istnieje wiele wszechświatów obok siebie, reprezentujących nieskończenie gigantyczną patchworkową kołdrę.

2) Wszechświat bąbelkowego giganta

W świecie naukowym istnieją inne teorie rozwoju wszechświatów, do których zalicza się teoria tzw Chaotyczna teoria inflacji . Według tej teorii wszechświat zaczął się szybko rozszerzać po Wielkim Wybuchu. Ten proces przypominał nadmuchanie balonu który jest wypełniony gazem.

Chaotyczną teorię inflacji po raz pierwszy zaproponował kosmolog Alexander Videnkin. Teoria ta sugeruje, że niektóre części przestrzeni zatrzymują się, podczas gdy inne nadal się rozszerzają pozwalając na utworzenie izolowanych „wszechświatów bańkowych”..

Nasz własny wszechświat to tylko mała bańka na rozległej przestrzeni kosmicznej, w której znajduje się nieskończona liczba podobnych bąbelków. W niektórych z tych bąbelkowych wszechświatów prawa fizyki i podstawowe stałe mogą różnić się od naszych. Te prawa mogą wydawać się nam więcej niż dziwne.

3) Wszechświaty równoległe

Inna teoria wywodząca się z teorii strun głosi, że istnieje koncepcja wszechświatów równoległych. Idea światów równoległych wynika z możliwości, że istnieje o wiele więcej wymiarów, niż możemy sobie wyobrazić. Według naszych wyobrażeń dzisiaj są 3 wymiary przestrzenne i 1 czas.

Fizyk Briana Greene’a z Uniwersytet Columbia opisuje to tak: „Nasz wszechświat to jeden «blok» z ogromnej liczby «bloków» unoszących się w wielowymiarowej przestrzeni.”

Ponadto, zgodnie z tą teorią, wszechświaty nie zawsze są równoległe i nie zawsze są poza naszym zasięgiem. Czasami mogą wcisnąć się w siebie, powodując powtarzające się Wielkie Wybuchy, które raz po raz przywracają wszechświaty do ich pierwotnych pozycji.

4) Wszechświaty-córki - kolejna teoria powstawania wszechświatów

Teoria mechaniki kwantowej, która opiera się na koncepcji maleńkiego świata cząstek subatomowych, sugeruje inny sposób powstawania wielu wszechświatów. Mechanika kwartowa opisuje świat w kategoriach prawdopodobieństwa, unikając jednocześnie wyciągania ostatecznych wniosków.

Modele matematyczne, zgodnie z tą teorią, mogą zakładać wszystkie możliwe wyniki sytuacji. Na przykład na skrzyżowaniu, na którym można skręcić w prawo lub w lewo, obecny wszechświat tworzy dwa wszechświaty-córki, w jednym można jechać w prawo, a w drugim w lewo.

5) Wszechświaty matematyczne – hipoteza pochodzenia wszechświata

Naukowcy od dawna debatują, czy matematyka jest użytecznym narzędziem do opisu wszechświata, czy też sama w sobie jest podstawową rzeczywistością nasze obserwacje są jedynie niedoskonałym przedstawieniem prawdziwej natury matematycznej.

Jeśli to drugie jest prawdą, być może szczególna struktura matematyczna kształtująca nasz wszechświat nie jest jedyną opcją. Inne możliwe struktury matematyczne mogą istnieć niezależnie w oddzielnych wszechświatach.

„Struktura matematyczna to coś, co można opisać całkowicie niezależnie od naszej wiedzy i koncepcji,- mówi Maks Tegmark, profesor Massachusetts Institute of Technology, autor tej hipotezy. – Osobiście wierzę, że gdzieś istnieje wszechświat, który może istnieć całkowicie niezależnie ode mnie i będzie istniał nawet wtedy, gdy nie będzie w nim ludzi.”

Wieloświat, o którym pisze Sean Carroll, kosmolog i autor popularnej książki „Wieczność”, niedawno wydanej w języku rosyjskim. W poszukiwaniu ostatecznej teorii czasu” to hipoteza dotycząca struktury naszego Wszechświata poza obszarem dostępnym dla naszych obserwacji.

Co to znaczy? Prędkość światła jest ograniczona, a Wszechświat rozszerza się we wszystkich kierunkach – jednocześnie widzimy tylko pewną część przestrzeni. I wcale nie jest faktem, że świat na zewnątrz jest zbudowany w taki sam sposób, jak w sąsiedztwie Ziemi. Hipotetycznie poza obserwowalną sferą może panować np. zupełnie inny stosunek materii zwykłej do ciemnej. Albo nawet - działają jakieś inne zasady fizyczne, aż do wzrostu liczby wymiarów.

Zdrowy rozsądek podpowiada nam oczywiście, że właściwości Wszechświata powinny być wszędzie takie same. Jednak „zdrowy rozsądek” nie jest zbyt dobry dla kosmologii, nauki o czasoprzestrzeni na bardzo dużą skalę. Założenie, że znanej materii we Wszechświecie jest kilkadziesiąt razy mniej niż jakiejś tajemniczej ciemnej materii, jest również całkowicie sprzeczne ze zdrowym rozsądkiem, ale właśnie w takim świecie, składającym się głównie z ciemnej materii, dzisiaj żyjemy. Problem z koncepcją, że wszechświat zmienia się dramatycznie w miejscach, których już nie możemy zobaczyć, nie polega na tym, że jest to niezwykłe, ale na tym, że takiej idei nie można przetestować.

Wszechświat o hipotetycznie odmiennych prawach fizycznych nazywany jest multiwersem kosmologicznym. Taki Wszechświat jest geometrycznie jednolity – w tym sensie, że pomiędzy dowolnymi dwoma jego punktami można poprowadzić ciągłą linię bez konieczności budowania portali czy innych egzotycznych obiektów. I tego kosmologicznego wieloświata nie należy mylić na przykład z wieloświatem w wieloświatowej interpretacji mechaniki kwantowej.

Mechanika kwantowa wielu światów

Na drugim końcu „siatki skali wszechświata” znajduje się mikroświat, w którym zdarzenia opisuje mechanika kwantowa. Wiemy już, że cząstki elementarne: elektrony, kwarki, gluony i ich inni bracia zachowują się według zasad, których nie przestrzega się w świecie, do którego jesteśmy przyzwyczajeni. Zatem każdą cząstkę w mechanice kwantowej można uznać za falę, a pozornie „stałe” atomy, które na szkolnych zajęciach z chemii przedstawia się jako kule, rozproszą się jak fale, gdy zderzą się z przeszkodą. Każdy obiekt kwantowy opisywany jest matematycznie nie jako kula czy punkt ograniczony przestrzennie, ale jako funkcja falowa – istniejąca jednocześnie we wszystkich punktach trajektorii jego ruchu w przestrzeni. Możemy jedynie obliczyć prawdopodobieństwo jego wykrycia w konkretnym miejscu. Wielkości takie jak pęd cząstki, jej energia i bardziej egzotyczne właściwości, takie jak spin, są również obliczane na podstawie funkcji falowej: ten obejmujący przestrzeń obiekt matematyczny można uznać za podstawową podstawę mechaniki kwantowej i całej fizyki XX wieku.

Obliczenia wykonane na podstawie funkcji falowych i operatorów (operatory pozwalają uzyskać z funkcji falowej określone wielkości) doskonale pokrywają się z rzeczywistością. Na przykład elektrodynamika kwantowa jest dziś najdokładniejszym modelem fizycznym w historii ludzkości, a technologie kwantowe obejmują lasery, całą współczesną mikroelektronikę, szybki Internet, do którego jesteśmy przyzwyczajeni, a nawet szereg leków: poszukiwanie obiecujących substancji dla medycyna prowadzona jest również poprzez modelowanie interakcji cząsteczek między sobą z przyjacielem. Z stosowanego punktu widzenia modele kwantowe są bardzo dobre, ale na poziomie koncepcyjnym pojawia się problem.

Istota tego problemu polega na tym, że obiekty kwantowe mogą zostać zniszczone: na przykład wtedy, gdy foton (kwant światła) spadnie na czujnik kamery lub po prostu zderzy się z nieprzezroczystą powierzchnią. Do tego momentu foton był doskonale opisywany przez funkcję falową, a po chwili rozciągnięta w przestrzeni fala znika: okazuje się, że jakaś zmiana dotknęła cały Wszechświat i nastąpiła szybciej niż prędkość światła (czy to w ogóle możliwe ?). Jest to problematyczne nawet w przypadku pojedynczego fotonu, ale co z funkcją falową dwóch fotonów emitowanych z tego samego źródła w dwóch przeciwnych kierunkach? Jeśli np. takie dwa fotony narodziły się blisko powierzchni odległej gwiazdy i jeden z nich został uchwycony przez ziemski teleskop, to co z drugim, oddalonym o wiele lat świetlnych? Formalnie tworzy z pierwszym systemem jeden system, jednak trudno sobie wyobrazić scenariusz, w którym zmiana w jednej części systemu przenosi się natychmiast na wszystkie pozostałe. Innym przykładem układu kwantowego, dla którego zanik funkcji falowej powoduje problemy koncepcyjne, jest słynny kot Schrödingera, umieszczony w zamkniętym pudełku z urządzeniem, które w oparciu o probabilistyczny proces kwantowy albo rozbija ampułkę z trucizną, albo pozostawia go nienaruszonym. Przed otwarciem pudełka kot Schrödingera okazuje się żywy i martwy: jego stan odzwierciedla funkcję falową układu kwantowego wewnątrz mechanizmu z trucizną.

Najpopularniejsza interpretacja mechaniki kwantowej, kopenhaska, sugeruje po prostu pogodzenie się z paradoksalną naturą świata i przyznanie, że tak, mimo wszystko, fala/cząstka znika natychmiast. Alternatywą dla niej jest interpretacja wieloświatowa. Według niej nasz Wszechświat to zbiór nie oddziałujących ze sobą światów, z których każdy reprezentuje jeden stan kwantowy: po otwarciu pudełka z kotem pojawiają się dwa światy - w jednym kot żyje, a w drugim nie żyje. Kiedy foton przechodzi przez półprzezroczyste zwierciadło, świat również dzieli się na dwie części: w jednym kwant światła odbija się od powierzchni, a w drugim nie. I tak każdy proces kwantowy prowadzi do pojawienia się coraz większej liczby nowych światów-gałęzi.

Teoretycznie niektóre z tych gałęzi mogą bardzo różnić się od naszych. Jeden atom lecący w złym kierunku wkrótce po Wielkim Wybuchu mógł równie dobrze doprowadzić do innego rozkładu gorącego gazu, narodzin gwiazd w zupełnie innych miejscach, a ostatecznie do tego, że Ziemia w ogóle nie powstała. Ale obrazu tego nie można nazwać problemem wieloświatowej interpretacji. Prawdziwym problemem jest niemożność sprawdzenia poprawności takiego rozumienia mechaniki kwantowej w praktyce: poszczególne elementy wieloświata z definicji nie oddziałują ze sobą.

Gdzieś być może znajduje się Ziemia zamieszkana przez inteligentne dinozaury, gdzieś Wielkie Imperium Mongolskie wylądowało na księżycach Jowisza w 1564 roku, ale między tymi światami nie ma portali - rozeszły się one w wyniku procesów kwantowych zachodzących w odległej przeszłości. Teoria, która sugerowałaby możliwość wejścia do jednego z tych światów, z punktu widzenia filozofii nauki, byłaby nie mniej, ale bardziej naukowa, ponieważ można by ją spróbować przetestować.

Sfałszuj to

Pomysł, że Eurazja zostanie wkrótce opanowana przez inteligentne dinozaury z karabinami laserowymi, które przedostały się przez portal z przeszłości, jest intuicyjnie postrzegany jako podstawa filmu czysto science fiction, ale filozofia nauki nie opiera się na intuicji. Naukowy charakter takiego pomysłu jest kwestionowany nie ze względu na jego podobieństwo do taniej fikcji, ale dlatego, że szereg konsekwencji tego pomysłu jest sprzecznych z rzeczywistymi danymi.

Na przykład podróże w czasie naruszyłyby szereg praw fizycznych, które jak dotąd bardzo dobrze się sprawdzają. Prawo zachowania energii działa wszędzie: ludzkość przeprowadziła wiele eksperymentów, aby je przetestować, a nawet urządzenia codziennego użytku, od baterii grzewczej po smartfon, potwierdzają, że energia nigdzie nie znika. A jeśli tak, to oczekiwanie, aż „zniknie” w „portalu czasu” jest dość dziwne. Poza tym podróż w czasie powinna prowadzić do całego szeregu innych paradoksów – sytuacji, dla których nie zaobserwowaliśmy analogii i które zaprzeczają logicznym konsekwencjom zgromadzonego doświadczenia. Weźmy na przykład „paradoks dziadka”: sytuacja, w której podróżnik w czasie spotyka swoich przodków i uniemożliwia im posiadanie potomstwa, jest oczywiście możliwa i niemożliwa jednocześnie.

Hipoteza o najeźdźcach dinozaurów z przeszłości może wejść na pole nauki, pod warunkiem, że da możliwość sprawdzenia się: np. jej autorzy opisują schemat rzekomego portalu czasu. A jeśli taki portal nie zadziała, hipotezę trzeba będzie odrzucić. Jeśli autorzy hipotezy twierdzą, że np. dinozaurom groziło wyginięcie, można to również porównać z wynikami wykopalisk paleontologicznych i szeregiem innych faktów; hipoteza naukowa musi być zasadniczo sprawdzalna. Wreszcie stwierdzenie typu „portal zostanie otwarty 4 listopada 2018 r.” jest najłatwiejsze do zweryfikowania i być może dlatego wielu autorów teorii spiskowych unika takich przewidywań lub je jeszcze bardziej wycofuje.

Hipotezy naukowe muszą być falsyfikowalne, to znaczy muszą zostać sprawdzone pod kątem falsyfikacji. Fałszowanie nie jest manipulacją faktami, jak mogłoby się wydawać. Falsyfikowalna hipoteza w swoim sformułowaniu stwierdza, że ​​jest ona fałszywa, jeśli uzyskuje się takie a takie konkretne dane eksperymentalne. Jeśli hipoteza mówi, że podróże w czasie są możliwe i pewnego dnia przybędą do nas z przeszłości dinozaury wyposażone w bojowe lasery, to wyprawa w przeszłość, która odnotuje śmierć dinozaurów bez pojawienia się broni laserowej, będzie falsyfikatem. Lub, bardziej realistycznie, odkrycie szczątków starożytnych jaszczurek bez rozwiniętego mózgu, przewidywane przez tę samą hipotezę. Jeśli żywe i bardzo inteligentne dinozaury kryją się w jakiejś innej przeszłości, to trzeba wyjaśnić, jak tę inną przeszłość sprawdzić. Jeśli nie da się przetestować hipotezy, nie oznacza to nawet, że jest ona fałszywa. Oznacza to, że nie mamy do czynienia z hipotezą naukową, ale bezsensowną paplaniną i dlatego musimy ją odpowiednio potraktować.

Karla Poppera, który sformułował zasadę falsyfikowalności. Później jego pomysły były rozwijane i uzupełniane, ale kryterium to do dziś jest popularne wśród fizyków. Autor: biblioteka LSE, Brak ograniczeń

Z tego punktu widzenia wiele hipotez całkowicie niewiarygodnych z punktu widzenia zdrowego rozsądku można uznać za całkowicie naukowe, o ile nie są niemożliwe do sprawdzenia i o ile istnieje zasadnicza możliwość uzyskania faktów obalających te hipotezy. Zarówno mechanika kwantowa, jak i teoria względności oferowały bardzo nietypowy obraz świata, zostały jednak sprawdzone w praktyce i pozwoliły na możliwość obalenia. Poza fizyką przykładem teorii, która zrewolucjonizowała rozumienie świata przez ludzi, jest koncepcja ewolucji i doboru naturalnego. Pomysł, że cała nasza dziedziczność jest zdeterminowana przez cząsteczki DNA, pomysł, że gwiazdy świecą w wyniku fuzji atomów, pomysł, że kontynenty powoli dryfują po lepkiej powierzchni płaszcza Ziemi – wszystko to kiedyś również brzmiało bardzo, bardzo nietypowo i sprzeczne z intuicją, ale trafiły na pole naukowe wraz z innymi, przekonującymi, ale odrzuconymi hipotezami. Idea falsyfikowalności wiedzy naukowej została zaproponowana przez Karla Poppera już w 1935 roku i od tego czasu jest wymieniana przez wielu naukowców jako kryterium wiedzy naukowej.

Debaty wokół nauki

Mechanika kwantowa wielu światów i wieloświat kosmologiczny nie są zasadniczo sprawdzone i zdaniem wielu naukowców powinny zostać wycofane z koncepcji naukowych. Tak więc na stronach najbardziej autorytatywnych Natura w 2014 roku ukazał się felieton George’a Ellisa i Joe Silka (obaj wybitni kosmolodzy), w którym nawoływano do porzucenia tych koncepcji jako naukowych, a zarazem teorii strun, która dopuszcza zbyt wiele wariantów rzeczywistości. Jak napisali niezadowoleni autorzy, „zwolennicy [teorii strun] zawsze będą twierdzić, że nie widzimy przewidywanych przez nich cząstek, ponieważ brakuje nam energii akceleratorów”.

Sean Carroll, którego multiwers kosmologiczny wspomnieliśmy powyżej, na początku 2018 roku przedstawił artykuł, w którym zaproponował porzucenie kryterium falsyfikowalności, kontynuując w ten sposób swoje kontrowersje z Ellisem i Silkiem. Według Carrolla za falsyfikowalnością Poppera w rzeczywistości kryją się dwa inne kryteria: teoria naukowa musi być określona i poparta doświadczeniem. Kosmologiczny wieloświat można opisać bardzo specyficznym językiem, a konsekwencje tej hipotezy dotyczą nie tylko zasadniczo nieobserwowalnych, ale także dostępnych części Wszechświata. Carroll zaproponował także własną klasyfikację teorii: od „w zasadzie całkowicie nietestowalnych” do tych ze ścisłymi kryteriami weryfikacji – np. hipotezę można sprawdzić jedynie przy użyciu akceleratora wielkości naszej galaktyki lub dziesiątek miliardów lat ciągłych obserwacji.

Astrofizyk podkreśla także inne problemy związane z kryteriami naukowymi. Jego zdaniem wymóg falsyfikowalności nie jest jedynym, ani nawet głównym. Jako dowód proponuje rozważyć dwie teorie grawitacji: ogólną teorię względności i jej własną, ale z dodatkowym stwierdzeniem stwierdzającym, że od 2100 roku grawitacja zmieni znak, zastępując przyciąganie mas odpychaniem. Formalnie taki model jest dość testowalny, jednak „każdy rozsądny naukowiec bardziej zaufa pierwszej teorii, nawet jeśli jest ona równie uzasadniona i równie falsyfikowalna”. Teorię o zaniku grawitacji w roku 2100 należy odrzucić nie dlatego, że jest falsyfikowalna, ale dlatego, że zawiera niepotrzebne komplikacje, które same w sobie niczego nie wnoszą – ani zwiększenia trafności przewidywań, ani możliwości uzyskania nowych wyników.

Teorii wieloświata nie można bezpośrednio przetestować, ale zdaniem Carrolla można ją zaliczyć do naukową, ponieważ nie zaprzecza istniejącym danym i pozwala na dokonanie szeregu pośrednich przewidywań. Co więcej, wybrania teorii odrzucającej istnienie wieloświata i twierdzącej, że Wszechświat jest jednorodny, nie można nazwać naukową z dokładnie tego samego powodu: jeśli nigdy nie zobaczymy całego Wszechświata, jak możemy być pewni jego właściwości?

Przeciwnicy Carrolla zwracają uwagę, że bez wsparcia danymi eksperymentalnymi nie będzie ani elegancji teorii, ani jej niezastępowalności (teoria strun, jak już wspomnieliśmy, jest dziś chyba jedyną kandydatką do roli zunifikowanej teorii wszystkich pól podstawowych, w tym grawitacji) , ale jednocześnie ma problemy z falsyfikowalnością – nikt nigdy żadnych sznurków, membran czy bran nie widział i nie jest faktem, że kiedykolwiek będzie w stanie) nie mogą być wiarygodnymi kryteriami.

Argument Carrolla jest zasadny. Fizyk Sabine Hossenfelder, omawiając na swoim blogu „problem falsyfikowalności”, wspomina najdziwniejsze przemówienie na konferencji. Prelegent zasugerował, że cząstki ciemnej materii mogą skupiać się w dyski podobne do tych, które w pewnych warunkach tworzą cząstki zwykłej materii wokół np. masywnych ciał. I może wszystko byłoby w porządku, gdyby prelegentka nie kontynuowała, że ​​jej zdaniem Układ Słoneczny okresowo przechodzi przez podobny dysk ciemnej materii i to właśnie tam powinniśmy szukać przyczyn masowych wymierań na Ziemi. „Ale dlaczego dokładnie cząstki ciemnej materii? Dlaczego taki rodzaj interakcji?” – zadali pytanie na miejscu – wspomina Hossenfelder. Odpowiedź była następująca: „ Nie wiem, ale możemy to sprawdzić».

Rzeczywiście, taka teoria jest falsyfikowalna. Pozostaje tylko czekać na kolejne masowe wymieranie, uzbrojony w niezbędne narzędzia do wykrywania ciemnej materii. Pozostało tylko zdobyć dotację na to przedsięwzięcie.

Dlatego sama Hossenfelder skłonna jest zgodzić się, że wymóg prostoty należy uznać za kolejny warunek konieczny oddzielenia hipotezy „racjonalnie naukowej” od hipotezy „nienaukowej” i dlatego odrzuca ideę wieloświata - ze względu na redundancję i nadmierną złożoność.

Jaki jest wynik?

Jak widać wiele światów równoległych to idea podzielana przez przynajmniej część naukowców, a mówimy tu o poważnych specjalistach w swojej dziedzinie, którzy doskonale znają metody i nie widać ich w żadnych jawnie pseudonaukowych wystąpieniach. Ale nawet oni przyznają, że po pierwsze, wielość wszechświatów nie zmienia niczego w dostępnych nam skalach (niestety, będziemy musieli żyć bez portali do alternatywnej Ziemi), a po drugie, hipotezy te nie odpowiadają jednej z najczęstsze kryteria wiedzy naukowej. Innymi słowy, jest to eleganckie, interesujące, ale najwyraźniej badania naukowe, które nie mieszczą się w kategorii czystej fizyki.

Aleksiej Tymoszenko

Jest to popularny pogląd. Carroll i jego współpracownicy postanowili inaczej spojrzeć na tę teorię, ponieważ rodzi ona pewne nierozwiązane pytania. W tak nieskończonym wszechświecie wszystko, co ma choćby małą szansę, prawie na pewno się wydarzy - trzeba tylko bardzo długo czekać.

Niektórzy teoretycy zauważyli, że jeśli wniosek ten zostanie doprowadzony do logicznego wniosku, w końcu mogą wyłonić się nawet samoświadome, bezcielesne mózgi. Ta sama logika sugeruje, że nieskończona liczba małp losowo uderzających w klawisze napisze w końcu całe dzieła Szekspira.

Może to być prawdą, ale mózgi Boltzmanna stwarzają dla teoretyków poważny problem: w całej historii wszechświata takie mózgi powinny były przekroczyć nawet naszą świadomość. Jest to duży problem, ponieważ punktem wyjścia dla naszego zrozumienia wszechświata i jego zachowania jest to, że obserwatorami są ludzie, a nie bezcielesne mózgi. Co więcej, mózgi Boltzmanna są generalnie niezrozumiałe dla większości ludzi.

Carroll postanowił napisać artykuł pokazujący, że mózgi Boltzmanna stanowią poważne zagrożenie, ale w trakcie pisania odkrył sposób na ich pokonanie. Punktem wyjścia był dla niego pogląd, że fluktuacje kwantowe zależą od interakcji z zewnętrznym układem lub cząstką, czyli z „obserwatorem” – jest to bardzo powszechne pojęcie w mechanice kwantowej. Kiedy jednak spojrzał na inflację pod tym kątem, wszystko się zmieniło. Inflaton musiał pojawić się przed wszystkimi innymi cząstkami na samym początku wszechświata. Oznacza to, że inflaton był jedynym rodzajem cząstek, który istniał tak, jak gdyby nie było nic „zewnętrznego”, z czym można by oddziaływać, mówi Carroll. W tym przypadku inflaton nie podlegałby fluktuacjom kwantowym.

Ten „cichy” stan trwał do czasu, gdy inflatony rozpadły się na kilka rodzajów zwykłych cząstek, które mogły ze sobą oddziaływać.

„I wtedy w końcu narodziły się fluktuacje kwantowe” – mówi Carroll, dając do zrozumienia, że ​​narodziła się kosmiczna sieć, ale nie nieskończona liczba wszechświatów.

Jednak jego pomysł nie zabija wieloświata jako całości. Rzecz w tym, że matematyka uzależniająca fluktuacje od obserwatora opiera się na teorii wielu światów mechaniki kwantowej. Zgodnie z nią za każdym razem, gdy dokonuje się pomiaru układu kwantowego, Wszechświat dzieli się na kilka różnych wersji, po jednej dla każdego możliwego wyniku. W przeciwieństwie do multiwersu, w którym każda bańka wszechświata zaczyna się od zera i ewoluuje niezależnie, wszechświat „wielu światów” składa się z przeplatających się gałęzi, które rozpoczęły się od tych samych warunków początkowych. „Być może Hitler wygrał II wojnę światową w równoległym wszechświecie, to jeden z możliwych rezultatów” – mówi Carroll. „Ale prawa fizyki pozostają takie same”.

W teorii Carrolla nawet rozgałęziony multiwers musi się skończyć. Wszechświat rozszerza się w coraz szybszym tempie, dlatego kosmolodzy uważają, że jego śmierć będzie miała wiele wspólnego z narodzinami, bez rozpoznawalnej materii, a jedynie z pola kwantowego. W tym przypadku ponownie nie będzie obserwatorów, którzy będą generować fluktuacje kwantowe.

Teoria Carrolla wywołała pewne zaskoczenie wśród poważnych fizyków. I akceptacja.

Jednak zwolennicy wiecznej inflacji trzymają się swojego punktu widzenia:

„W pełni sympatyzuję z pragnieniem Seana pozbycia się mózgu Boltzmanna” – mówi jeden z twórców teorii inflacji.

Obecnie nie ma sposobu na rozstrzygnięcie tej debaty, ale David Wallace z Uniwersytetu Oksfordzkiego uważa, że ​​teoria Carrolla może mieć praktyczne implikacje, na przykład pomagając nam lepiej zrozumieć, jak materia zachowuje się na poziomie kwantowym.