Zostań w domu, zamów taniej!
Nie wychodź z domu i zamów online swoje ulubione pisma 20% taniej. Skorzystaj z kodu rabatowego: czytajwdomu

Wspinanie się po gałęziach wiecznego drzewa

Wspinanie się po gałęziach wiecznego drzewa
W październiku 2020 r. w mediach pojawiły się nieco zagadkowo brzmiące doniesienia o tym, że badacze z laboratorium wielkiego Zderzacza Hadronów zamierzają "nawiązać kontakt z równoległym wszechświatem". W publikacjach na ten temat uznawano nawet za prawdopodobne, że grawitacja z naszego własnego wszechświata może "przenieść się" do tego równoległego wszechświata.

"Przewidujemy, że grawitacja może przeciekać do dodatkowych wymiarów, a jeśli tak, to w LHC powstają miniaturowe czarne dziury. (…) Mamy na myśli prawdziwe wszechświaty w dodatkowych wymiarach", mówił mediom Mir Faizal z LHC. "Ponieważ grawitacja może wypłynąć z naszego wszechświata do dodatkowych wymiarów, taki model może być testowany poprzez wykrycie miniczarnych dziur w LHC".

Doniesienia te okraszone były odniesieniami do katastroficznego 2020 roku. W rzeczywistości odnoszą się do pracy Faizala i jego zespołu opublikowanej w "Physics Letters B" jeszcze w 2015 roku, mającej charakter bardziej spekulacyjny niż oparty na jakichkolwiek wynikach eksperymentalnych. W dodatku dotyczy ona nie "równoległych wszechświatów", lecz wyłącznie wykrywania dodatkowych wymiarów, a to nie to samo. Historia ta jednak pokazuje, jak wielką siłę w masowej wyobraźni mają wizje innych wszechświatów.

Nie można jednak powiedzieć, że hipoteza multiwszechświata (1) ma charakter pozanaukowy. Różne jej wersje proponują od dłuższego czasu najwybitniejsi fizycy i astrofizycy. Wprawdzie uczeni nastawieni bardziej rygorystycznie odrzucają ją zdecydowanie jako niemożliwą do weryfikacji metodami naukowymi, faktem trudnym do zaprzeczenia jest, że multiwers stał się dziś pełnoprawną częścią naukowej debaty, czyli - częścią nauki.

W naszym raporcie staramy się przedstawić "stan myślenia" o multiwszechświecie czy też o wieloświecie, bo takiej nazwy też się używa, różne interpretacje, koncepcje i próby zbadania, czy hipoteza ta ma coś wspólnego z rzeczywistością. Choć tak naprawdę nie jest to fortunne sformułowanie, gdyż w teoriach tych chodzi zazwyczaj o coś, co ze znaną nam rzeczywistością właśnie nie ma wiele wspólnego.

Bąbelkowanie i rozgałęzianie

Istnieje kilka teorii multiwersum, zazębiających się o siebie i rozgałęziających na różne odmiany.

Jedna z najbardziej znanych mówi o naduniwersum nieskończonej liczby wszechświatów. Opiera się ona na twierdzeniu, że nie znamy dokładnie kształtu i natury czasoprzestrzeni. Być może jest płaska i zawiera nieskończoną liczbę wszechświatów.

Inna, znana teoria mnogości wszechświatów jest pochodną koncepcji "wiecznej inflacji". Znanym jej propagatorem jest kosmolog z Uniwersytetu Tufts, Alexander Vilenkin, współpracujący z innymi znanymi teoretykami kosmicznej inflacji, Alanem Guthem i Arvindem Borde. W koncepcjach tych na czasoprzestrzeń patrzy się jako na całość, w której niektóre obszary przestrzeni "bąbelkują", nadymają się w tym, co nazywamy wielkimi wybuchami. Jedne wciąż puchną, inne przestają. Owe inne niż nasz bąbelki wszechświatów mogą mieć bardzo różne prawa fizyki niż te znane nam z naszego, ponieważ wszechświaty nie są powiązane.

2. Hugh Everett

Kolejną wersją jest mająca różne nazwy hipoteza wieloświata zawierającego w sobie zbiór wszystkich możliwych wszechświatów-kontinuów lub też hipoteza wszechświatów córek. Ma ona związek z interpretacją mechaniki kwantowej autorstwa Hugh Everetta (2), nazywanej przez niego "wieloświatową interpretacją mechaniki kwantowej" (ang. The Many-Worlds Interpretation of Quantum Mechanics, zwanej w skrócie MWI), wszystko, co może się zdarzyć, zdarza się na pewno w którejś z odnóg rzeczywistości, która przypomina wielkie, rozgałęziające się w każdej chwili drzewo życia. U Everetta każdy stan superpozycji jest jednakowo realny, lecz zdarza się w innym, równoległym wszechświecie. Kwantowy multiwszechświat jest jak rozgałęziające się w nieskończoność drzewo. Oznacza to między innymi, że i my, przebywający na takim drzewie, chcąc nie chcąc, także się rozgałęziamy.

Kolejnym konceptem multiwersum są wszechświaty matematyczne, co oznacza, że podstawowa struktura matematyki może się zmieniać w zależności od tego, w którym wszechświecie mieszkamy. Choć wszechświaty oparte na innej, niż znana nam matematyce, brzmią abstrakcyjnie, to jednak intuicyjnie można próbować pojąć je, patrząc na takie znane naszej matematyce konstrukty jak liczby urojone czy zespolone. One, choć umiemy je opisać, są trochę jak z innej rzeczywistości.

Innego rodzaju multiwersum opisane zostało w jedenastowymiarowym rozszerzeniu teorii strun zwanym M-teorią. Według tej hipotezy nasz i inne wszechświaty powstały w wyniku kolizji membran w przestrzeni 11-wymiarowej. W przeciwieństwie do wszechświatów w "multiwersum kwantowym" mogą one mieć zupełnie różne prawa fizyki. Według obliczeń kosmologów-astrofizyków, prof. A. Linde i dr V. Vanchurin, z Uniwersytetu Stanforda w Kalifornii, liczba takich wszechświatów może wynosić 1010 do potęg 10 i następnie znów do potęgi 7, jest to liczba, której nie da się zapisać w postaci dziesiętnej ze względu na liczbę zer większą od liczby atomów w obserwowalnym wszechświecie, szacowanej na 1080.

Według jednego z twórców teorii inflacji, Alana Gutha z Massachusetts Institute of Technology, "we wszechświecie, w którym zachodzi wieczna inflacja, wszystko, co może się zdarzyć, rzeczywiście się zdarzy - a faktycznie zdarzy się nieskończoną liczbę razy". I w takim sensie multiwszechświat jest przewidywalny. Naukowców to jednak wcale nie zachwyca, bo brzmi bardziej jak metafizyka, a nie fizyka.

Czy widziałeś atom? Czy widziałeś inny Wszechświat?

Pomysł, że nasz Wszechświat jest tylko częścią znacznie większego kosmosu, ma długą historię. Już w XIII wieku angielski teolog i filozof Robert Grosseteste napisał pracę zatytułowaną "De Luce", w której przedstawił kosmologiczny model wszechświata. Praca ta, która powstała w 1225 roku, opisuje początek Wszechświata tak: Bóg stworzył punkt w przestrzeni, z którego następnie we wszystkich kierunkach rozchodziło się światło, nadając materii jej trójwymiarową formę. W wyniku interakcji światła z materią powstać miała w przestrzeni kula, a gdy osiągnęła ona minimalną gęstość, wchodziła w stan opisany jako "doskonały" i przestawała się rozszerzać. Następnie z jej granicy ku środkowi rozchodzić się miał inny rodzaj światła, zwany lumen, który zbierał "niedoskonałą" materię, ściskając ją. W obszarze kuli o mniejszej gęstości pozostała materia miała osiągać stan "doskonały" i tworzyła kolejną kulę (znajdującą się wewnątrz tej pierwszej), która emituje swój lumen i tak dalej. Kul takich miało powstać dziewięć, a na koniec z rdzenia niedoskonałej materii miała powstać Ziemia.

Jeszcze wcześniej pierwszymi zwolennikami wieloświata byli ci sami starożytni Grecy, którzy proponowali istnienie atomów. Leucippus i Demokryt uważali, że ich teoria atomowa wymaga nie - skończoności światów. Ich późniejszy kontynuator, Epikur z Samos, również wyznawał rzeczywistość wielu światów. "Istnieją nieskończone światy, zarówno podobne, jak i niepodobne do tego naszego świata", twierdził.

W najważniejszej monoteistycznej religii hinduizmu, wisznuizmie (krysznaizmie), naucza się, że istnieją dwa światy - wieczny duchowy (Królestwo Boga) oraz materialny wieloświat podlegający cyklicznej kreacji i destrukcji. W każdym z wszechświatów rodzi się na określonym etapie dość skomplikowanego procesu stworzenia pierwsza żywa istota, której pozycja jest określana jako Brahma, która otrzymuje w procesie medytacji wiedzę od Boga i stwarza wszystkie istniejące formy.

Z czasem nauka zachodnia zaczęła skłaniać się do poglądu Arystotelesa, który argumentował, że logika wymaga tylko jednego wszechświata. Sprzyjał temu heliocentryczny obraz świata. Po Koperniku jednak i po kolejnych odkryciach, dotyczących innych planet, gwiazd, galaktyk w końcu, pojmowanie Wszechświata zmieniało się. Niektórzy, widząc odległe galaktyki, widzieli w nich inne niż nasza Droga Mleczna wszechświaty. Do patrzących na to w ten sposób należał m.in. słynny filozof Immanuel Kant. Na kolejnym etapie rozwoju nauki jednak koncepcje multiwszechświata zostały odrzucone na rzecz jednego Uniwersum, wciąż, w miarę postępów badań, powiększającego się.

W latach 80. XX wieku pojawiło się nowe wyjaśnienie tego, jak powstał Wszechświat, zwane kosmologią inflacyjną. Jeśli po początkowym wielkim huku, który zapoczątkował istnienie naszego Wszechświata, nastąpił okres niezwykle szybkiej ekspansji (inflacji), to to samo inflacyjne zdarzenie mogło powtórzyć się w innych częściach przestrzeni. Gdyby teoria inflacji okazała się poprawna, nasza bańka byłaby wtedy tylko jedną z wielu, o czym była już mowa.

Przeciwnicy hipotezy multiwersum z pewnością nie mają racji, mówiąc, że pomysł wieloświata nie jest nauką, ponieważ nie da się go przetestować. Zwolennicy hipotezy multiwszechświata chętnie przypominają w tym miejscu o argumentacji Ernsta Macha, austriackiego fizyka i filozofa z końca XIX wieku, który przeczył istnieniu atomów, podobnie jak dziś argumentuje się przeciw wielości wszechświatów. "Czy kiedykolwiek je widziałeś?" - miał zwyczaj pytać drwiąco o atomy.

Dziś atomy można "zobaczyć" w obrazach tworzonych przez skanowanie w mikroskopach tunelowych. Ale przecież nie istnieją w nauce dopiero od momentu, gdy zostały po raz pierwszy zobrazowane. Od dwóch i pół tysiąca lat są uznanymi pojęciami naukowymi. Dlaczego inaczej niż stare atomy mamy traktować teorie mutliwersum?

Nadmiar wszechświatów, który jednak może dać moc obliczeniową

Fizycy i filozofowie spierają się od prawie stu lat o "problem pomiaru". Zaproponowano różne wyjaśnienia i interpretacje, ale większość z nich trąciła metafizyką, czyniąc z ludzkiej świadomości niezbędny składnik rzeczywistości, albo była nieporęczna, wymagająca doraźnego dostosowania funkcji falowej. W 1957 roku absolwent Princeton, Hugh Everett III, uznał, iż ów nieszczęsny elektron, który w eksperymentach z dwiema szczelinami chcieli złapać naukowcy, w rzeczywistości przybiera wszystkie pozycje dozwolone przez funkcję falową, ale w różnych wszechświatach.

Ówcześni fizycy wyśmiewali się z teorii MWI Everetta. Kiedy Everett próbował wyjaśnić swoją teorię Nielsowi Bohrowi na spotkaniu w Danii, Bohr uznał ją za szaloną. Dopiero później, w latach 70. i 80., kiedy wprowadzono kwantową dekoherencję, kwantową teorię informacji i kwantowe obliczenia, wrócono do wieloświatowej interpretacji Everetta. Rodząca się dziedzina obliczeń kwantowych obiecywała rozwiązywanie problemów obliczeniowych, które ojciec informatyki, Alan Turing, uznałby za niemożliwe do zrobienia dla komputerów. Pojawiło się pytanie - skąd miałaby się wziąć cała ta dodatkowa moc obliczeniowa? Zwolennik MWI David Deutsch twierdził, że znajduje się ona w równoległych wszechświatach.

Everett nie rozumiał, dlaczego konkretyzacja stanu układu fizycznego miałaby zależeć od czynnika zewnętrznego ani dlaczego tenże czynnik (czyli obserwator) miałby być w jakiś sposób uprzywilejowany. Zresztą, bardzo podobne wahania wyraził kilka lat później Eugene Wigner, dostrzegając, że szersze spojrzenie na słynny problem kota Schrödingera grozi kolejnymi paradoksami. Skoro bowiem odizolowany kot może pozostawać w superpozycji do czasu otwarcia pudła, to laboratorium wraz ze zwierzakiem, badaczem i całym wyposażeniem również mogłoby tworzyć izolowany układ znajdujący się w stanie superpozycji względem reszty wszechświata (3). Jak się zastanowić, idąc tym tropem dalej i dalej, możemy w końcu zacząć zadawać filozoficzne pytanie o uniwersalnego obserwatora dla całego Wszechświata.

3. Paradoksy rzeczywistości kwantowej

Dla Everetta stan każdego obiektu ewoluuje w sposób ciągły. Oznacza to tyle, że funkcja falowa opisująca stan przykładowej cząstki nie powinna podlegać gwałtownej redukcji, zaś aktowi obserwacji nie należy przypisywać żadnego szczególnego znaczenia. Tak więc z każdą kolejną obserwacją stan obserwatora rozgałęzia się na pewną liczbę różnych stanów. Każda z tych gałęzi reprezentuje inny wynik pomiaru i odpowiadający wektor własny dla superpozycji. Wszystkie odgałęzienia istnieją jednocześnie w superpozycji po każdej sekwencji obserwacji. Każdy rzut kostką powołuje do życia sześć wszechświatów. W słynnej metaforze Schrödingera funkcjonuje wszechświat A z kotem żywym, jak i wszechświat B z kotem martwym. Nie ma kolapsu, rozumianego jako nagły wybór przez obiekt jednej z opcji. Przez akt pomiaru eksperymentator sprawdza raczej, do której z powstałych odnóg rzeczywistości trafił.

Pomysł od początku uchodził za ekstrawagancki, a jego metodologiczną cenę wielu uważało za zbyt wysoką. Mimo to, ani przez moment nie brakowało fizyków gotowych ponieść ten koszt. Początkowo po stronie wieloświata opowiadali się wybitni indywidualiści, jak Bryce DeWitt, jednak od lat 90. interpretacja ta zdaje się szeroko zdobywać naukowy mainstream. Jej główni entuzjaści, na czele z Davidem Deutschem z Oksfordu, wyrażają wręcz zdumienie faktem, że multiwersum everettowskie wciąż wzbudza wiele kontrowersji.

Niewygasła jednak do tej pory krytyka opiera się zwykle na twierdzeniu, że Hugh Everett narobił niezłego bałaganu, mnożąc bez opamiętania wszechświaty. Krytycy sięgają zazwyczaj po tzw. brzytwę Ockhama. Jednak w wieloświecie Everetta jest jakaś nieubłagana logika, pomimo ogromne kosztu, jaki za sobą pociąga.

Dla Wszechświata pojedynczego, w którym zjawiska zachodzą skończoną liczbę razy, naukowcy mogą obliczyć względne prawdopodobieństwo konkretnego zdarzenia względem jakiegoś innego, porównując, ile razy wystąpi jedno i drugie. Natomiast dla wieloświata, w którym wszystko zdarza się nieskończoną liczbę razy, takie obliczenia nie są możliwe i nie da się stwierdzić, że coś jest bardziej prawdopodobne od czegoś innego. Można przewidzieć dowolny fakt i w którymś z wszechświatów na pewno on się wydarzy, ale nie mówi to nic o tym, co się będzie dziać w naszym własnym Wszechświecie.

Fizyków martwi brak możliwości przewidywania. Zdaniem części z nich drogę do rozwiązania problemu może wskazać teoria kwantowa. Konkretnie, kosmologiczny obraz wiecznej inflacji wieloświata może być równoważny matematycznie za pomocą interpretacji wielu światów Everetta. Powiązanie hipotez kosmologicznych multiwszechświata z rozwidlającymi się światami kwantowymi, jak sądzą zwolennicy tej koncepcji, rozwiązuje problem przewidywalności.

"Przyjaciel Wignera" kwestionuje obiektywną (lub jedną) rzeczywistość

Jedno z rozwinięć myśli Everetta zdaje się uzyskiwać ostatnio potwierdzenie w eksperymentach przeprowadzanych prze współczesnych fizyków. W 1961 roku wspomniany już Eugene Wigner, laureat Nagrody Nobla, nakreślił eksperyment myślowy, w którym on i jego teoretyczny przyjaciel mogą doświadczyć jednocześnie dwu różnych rzeczywistości. Od tego czasu fizycy używają eksperymentu myślowego "przyjaciel Wignera" jako podstawy do dyskusji o pomiarze i obiektywnej rzeczywistości.

Dyskusje dyskusjami, w zeszłym roku fizycy zauważyli jednak, że postępy w technologiach kwantowych umożliwiły odtworzenie testu "przyjaciel Wignera" w prawdziwym eksperymencie, w którym możliwe byłoby stworzenie różnych rzeczywistości i sprawdzenie, czy naprawdę mogą występować równocześnie. Massimiliano Proietti z Uniwersytetu Heriot-Watt w Edynburgu i jego koledzy z zespołu poinformowali w lutym 2019 r., że przeprowadzili ten eksperyment po raz pierwszy w historii, stworzyli różne rzeczywistości i porównali je. Ich wniosek brzmi, że Wigner miał rację - te rzeczywistości mogą być nie do pogodzenia, tak że niemożliwe jest ustalenie faktów obiektywnych.

Oryginalny eksperyment myślowy Wignera jest z zasady prosty. Rozpoczyna się od pojedynczego spolaryzowanego fotonu, który po dokonaniu pomiaru może mieć polaryzację poziomą lub pionową. Przed pomiarem, zgodnie z prawami mechaniki kwantowej, foton istnieje w obu stanach polaryzacji w tym samym czasie w tzw. superpozycji. Wigner wyobraził sobie dalej przyjaciela w innym laboratorium mierzącego stan tego fotonu i przechowującego wynik, podczas gdy on sam obserwuje go z daleka. Wigner nie ma żadnych informacji o wynikach pomiarów swojego przyjaciela i jest zmuszony założyć, że foton i jego pomiar znajdują się w stanie superpozycji możliwych wyników pomiaru. Wigner może nawet przeprowadzić eksperyment w celu ustalenia, czy taka superpozycja zachodzi, czy nie. Jest to rodzaj eksperymentu interferencyjnego pokazującego, że foton i jego pomiar rzeczywiście znajdują się w superpozycji. Z punktu widzenia Wignera "faktem" jest superpozycja. I ten fakt sugeruje, że pomiar nie nastąpił.

Ale to stoi w ostrym kontraście do punktu widzenia przyjaciela, który zmierzył i zarejestrował polaryzację fotonu. Przyjaciel może nawet zadzwonić do Wignera i powiedzieć, że pomiar został wykonany (pod warunkiem, że nie ujawni wyniku pomiaru). Więc te dwie rzeczywistości pozostają w sprzeczności ze sobą. "To podważa obiektywny status faktów ustalonych przez dwóch obserwatorów", komentował Proietti.

Eksperyment został przeprowadzony według pomysłu Caslava Bruknera z Uniwersytetu Wiedeńskiego w Austrii, który w ubiegłym roku wymyślił sposób wykorzystujący technikę splątania wielu cząstek jednocześnie. Proietti wraz z kolegami przeprowadził ten eksperyment, wykorzystując sześciofotonowy układ.

Eksperyment daje jednoznaczny wynik. Okazuje się, że obie rzeczywistości mogą współistnieć, nawet jeśli dają niedające się pogodzić wyniki. Jest to zgodne z przewidywaniami Wignera. Wyniki eksperymentu jednoznacznie mówią, że obiektywna (lub jedna) rzeczywistość nie istnieje. Zdaje się to potwierdzać, nieco okrężną drogą, wieloświat Everetta. Pamiętać należy jednak, że dotyczy to cząstek elementarnych, jak generalnie mechanika kwantowa, a jak jest z jej związkami ze światem makro - wiadomo, nie najlepiej. Oczywiście, istnieje inne wyjście dla tych, którzy trzymają się konwencjonalnego poglądu na rzeczywistość. Może mianowicie istnieć luka w wywodzie, którą eksperymentatorzy przeoczyli. Fizycy od lat próbują tego rodzaju luki znaleźć i za pomocą doświadczeń je likwidować. Nie oznacza to, że zawsze im się to udaje.

Czy teoria strun da się sprawdzić?

Teoria strun jest próbą połączenia dwóch filarów fizyki XX wieku - mechaniki kwantowej i grawitacji - przez uznanie, że wszystkie cząstki są jednowymiarowymi strunami, których wibracje określają właściwości, takie jak masa i ładunek. Teoria ta została uznana za piękną matematycznie i przez długi czas była jednym z czołowych pretendentów do tego, co naukowcy nazywają Teorią Wszystkiego. Ale teoretycy strun ostatnio zagubili się w meandrach własnych spekulacji. Wiele wersji teorii strun wymaga, aby rzeczywistość składała się z 10 lub więcej wymiarów, trzech przestrzennych i czasu, których doświadczamy, oraz wielu innych, które są zwinięte w niezwykle mały punkt.

Jakieś dwadzieścia lat temu badacze zdali sobie sprawę, że teoria strun umożliwia istnienie aż 10 500 różnych wszechświatów (4), tworząc wielowymiarowy krajobraz, w którym nasz Wszechświat jest tylko maleńkim zakątkiem. Jednak potem naukowcy zadali cios teorii strun, sugerując, że ani jeden z niezliczonych opisywanych przez nią wszechświatów nie zawiera w rzeczywistości ciemnej energii, jaką znamy.

4. Wizualizacja multiwszechświata w teorii strun

"Coraz wyraźniej widać, że modele zaproponowane do tej pory w teorii strun do opisania ciemnej energii cierpią na problemy matematyczne", napisał Ulf Danielsson, fizyk teoretyczny z uniwersytetu w Uppsali w Szwecji i współautor artykułu opublikowanego 27 grudnia 2018 w czasopiśmie "Physical Review Letters".

Podstawowym problemem, zdaniem Danielssona, jest to, że równania rządzące teorią strun mówią, że każdy wszechświat z naszą wersją ciemnej energii zawartej w nim powinien szybko się rozpaść i zniknąć. Wraz ze swoimi kolegami skonstruował model, w którym proces powodujący rozpad tych przenikanych przez ciemną energię wszechświatów faktycznie napędza inflację bąbli w wielu wymiarach. Żyjemy na obrzeżu jednego z tych rozszerzających się pęcherzyków, zaś "ciemna energia jest w subtelny sposób indukowana przez interakcję pomiędzy ścianami pęcherzyków, na których żyjemy, a wyższymi wymiarami", pisał Danielsson.

Danielsson próbuje znaleźć jakieś rozwiązania problemu rozpadu hipotetycznych wszechświatów przez ciemną energię, ale inni badacze są bardziej wobec teorii strun bezceremonialni. "To jest fikcja matematyczna, która nie ma żadnych dowodów eksperymentalnych", mówiła w serwisie "Live Science" Sabine Hossenfelder, fizyczka z Frankfurckiego Instytutu Zaawansowanych Studiów w Niemczech. Hossenfelder, o czym już w MT pisaliśmy, krytycznie odniosła się do większości ostatnich odkryć i teorii w dziedzinie fizyki. W 2018 r. opublikowała książkę zatytułowaną "Lost in Math: How Beauty Leads Physics Astray". Pisze w niej m.in. "Propagatorzy teorii strun proponują nieskończoną liczbę konstrukcji matematycznych, które nie mają żadnego znanego związku z obserwacją".

Danielsson nie uważa jednak, że teoria strun będzie wiecznie niesprawdzalna. "Jeśli okaże się, że teoria strun nie może jednak przewidzieć ciemnej energii, taką jak ta, którą obserwujemy, to teoria strun będzie nie tylko sprawdzona, ale i udowodniona jako błędna", zauważa nieco przewrotnie Danielsson.

Wracając do kwestii multiwszechświata, to jest on sednem problemu z teorią strun. Mówiąc krótko, nie pomaga to wyjaśnić czegokolwiek. Jedni twierdzą, że wszystkie te liczne wszechświaty w teorii strun tworzą jej "krajobraz". Inni uważają, że to bagno, w którym grzęźnie nauka, a nie krajobraz. "Moim zdaniem jest to śmierć tej teorii, ponieważ traci ona całą wartość przewidywania", uważa fizyk z Uniwersytetu Princeton, Paul Steinhardt. "Dosłownie wszystko jest tu możliwe".

Po drugiej stronie "Wielkiego Wybuchu"

Do kwestii wieloświata nauka podchodzi dziś na wiele sposobów, np. zakładając, że podczas Wielkiego Wybuchu powstały dwa wszechświaty, jeden nasz, a drugi z dominacją ciemnej materii (5), albo też przypuszczając, że przed naszym istniał inny symetryczny Wszechświat. Fizycy mają całkiem niezłe pojęcie o strukturze Wszechświata od momentu kilka sekund po Wielkim Wybuchu aż do czasów obecnych. Jednak eksperci przez dziesięciolecia spierali się o to, co stało się wcześniej, w tym pierwszym momencie - kiedy maleńka, nieskończenie gęsta drobina materii po raz pierwszy rozszerzyła się. Zakłada się, że zmieniła się wówczas sama fizyka.

5. Ilustracja koncepcji powstania podczas Wielkiego Wybuchu alternatywnego Wszechświata zdominowanego przez antymaterię

Latham Boyle, Kieran Finn i Neil Turok z Instytutu Fizyki Teoretycznej Perimeter w Waterloo, w kanadyjskim Ontario, postawili tę ideę na głowie, przyjmując, że Wszechświat zawsze był zasadniczo symetryczny i prostszy, niż nam się wydaje. Według nich poprzedzający Wszechświat był lustrzanym odbiciem naszego obecnego, z tym że wszystko było odwrócone. Czas cofał się w nim, a cząsteczki były antycząsteczkami. Wcześniejsze koncepty Wszechświata poprzedzającego nasz były postrzegane raczej jako wprawdzie odrębne, ale w gruncie rzeczy podobne do naszego.

Hipoteza naukowców z Kanady upraszcza wiele rzeczy i pozwala na kreatywne wyjaśnienie problemów, które od lat trapią fizykę. Po pierwsze, uczyniłoby to pierwszą sekundę Wszechświata dość prostą, eliminując konieczność stosowania przez ekspertów od trzech dekad skomplikowanej wielowymiarowości w celu wyjaśnienia złożonych aspektów fizyki kwantowej i Modelu Standardowego, który opisuje zoo cząstek subatomowych składających się na nasz Wszechświat. "Teoretycy wymyślili wielkie teorie unifikujące, które przewidywały setki nowych cząstek, które nigdy nie zostały zaobserwowane, supersymetrię, teorię strun z dodatkowymi wymiarami, teorie wielu wymiarów. A na żadną nie ma żadnych dowodów obserwacyjny", mówi Turok.

Hipoteza poprzedniego lustrzanego Wszechświata jest spokrewniona w koncepcją wielkiego odbicia, czyli pulsującego Wszechświata, który nie ma punktu początkowego w postaci Wielkiego Wybuchu, lecz rozszerza się i kurczy w wiecznym (?) cyklu oscylacyjnym (6). Jest to nic innego jak kolejne rozumienie multiwszechświata, nie tyle w przestrzeni, lecz w czasie (choć nie wiadomo, czy mówienie o czasie ma tu sens).

6. Wszechświaty w wielkim odbiciu

Równoległe wszechświaty doniesień medialnych

Cytowany na początku przykład publikacji o rzekomym "wyzieraniu równoległego wszechświata" w eksperymentach LHC to tylko jeden z przykładów medialnej przesady czy wręcz dezinformacji, które nie pomagają w spokojnym naukowym badaniu problemu. Innym znanym przykładem pójścia przez serwisy informacyjne o jeden lub nawet kilka mostów za daleko są niedawne doniesienia z Antarktydy o eksperymentach ANITA.

Pojawiły się informacje, że fizycy na Antarktydzie znaleźli dowody na istnienie równoległego Wszechświata. Eksperyment ANITA (ANtarctic Impulsive Transient Antenna), czyli sensor fal radiowych umieszczony na balonie unoszącym się nad lodami mroźnego kontynentu (7), wykrył fale radiowe pochodzące spod lodu antarktycznego. Miały związek z neutrinami taonowymi przenikającymi przez Ziemię i produkującymi fale radiowe. Tylko że… tych neutrin nie powinno być "widać" w detektorze, bo nie ma (znanego nam) źródła, które mogłoby tak wysokoenergetyczne cząstki wytwarzać.

7. Przed lotem Antarctic Impulsive Transient Antenna (ANITA)

Były trzy konwencjonalne wyjaśnienia tego, co ANITA zarejestrowała: albo istniało źródło astrofizyczne tych cząstek, którego nie znamy, albo detektor działa wadliwie lub też niepoprawna jest interpretacja danych z detektora. Mniej konwencjonalne wytłumaczenie polega na tym, że dzieje się coś bardzo egzotycznego, niezwykłego i wykraczającego poza Model Standardowy i jego symetrię CPT (ładunek, parzystość, czas). Konwencjonalne wyjaśnienia zostały wykluczone, m.in. za pomocą detektora IceCube, również na Antarktydzie (8). Wykluczono też nieznane źródło astrofizyczne (skoro jest nieznane).

8. Ilustracja eksperymentu neutrinowego IceCube

Jest więc anomalia, ale gdzie tu równoległy wszechświat? No właśnie - nigdzie. Od zjawiska, którego nie możemy na razie wyjaśnić, do innego uniwersum jest bardzo długa droga. Niestety media postanowiły pójść na skróty i zabłądziły.

Siniaki po zderzeniu z wszechświatowym sąsiadem?

Jak wiadomo, głównym problemem hipotezy multiwszechświata jest możliwość weryfikacji. Według Ranga-Ram Chary’ego, naukowca z projektu Planck Data Center amerykańskiego Caltech, sprawdzenie tej hipotezy byłoby możliwe. W artykule w "Astrophysical Journal" z 2015 r. szczegółowo opisuje on dziwne anomalie wykrywane w mikrofalowym promieniowaniu tła, stanowiącym pozostałość po Wielkim Wybuchu. Zjawiska te, znalezione podczas analizy danych z satelity Planck, mogą być śladem, swoistym siniakiem, po zderzeniu naszego Wszechświata z jakimś innym. Po tej publikacji pojawiły się w mediach nowe potwierdzenia, że owa chłodna plama w promieniowaniu tła - obszar na niebie o temperaturze ok. 0,00015°C niższej od otoczenia - nie jest wynikiem braku odpowiedniej ilości okolicznej materii, jak przypuszczali początkowo przeciwnicy szukania nowych Wszechświatów.

Analiza tych danych, w zakresie 100-545 GHz, wykonana przez doktora Ranga-Ramę Chary’ego ze znajdującego się w Pasadenie instytutu CIT, wykazała obecność czterech anomalii, charakteryzujących się znacznie silniejszym sygnałem, niż przewiduje to model teoretyczny. Według doktora Chary’ego może to być świadectwo odległej interakcji pomiędzy naszym nowo narodzonym Wszechświatem a jakimś innym, do czego miałoby dojść kilkaset tysięcy lat po Wielkim Wybuchu, czyli około 13,8 miliarda lat temu.

Wielu uczonych odruchowo odrzuca koncepcję multiwszechświata kipiącego wszechświatami i prawami fizyki rodem z zoo wyobraźni. Multiwersum niczego bowiem nie wyjaśnia w tradycyjnym rozumieniu fizyki i nie daje żadnych zadowalających odpowiedzi. Przenosi tylko problemy na odległy od nas i naszych możliwości poznawczych plan, gdzie nie sposób już w jakikolwiek sposób weryfikować teorii naukowych.

Zwolennicy wieloświatowych hipotez nie tracą jednak rezonu. Wskazują, że nie można mówić, iż idea, która objaśnia naturę wszystkiego (i to w pełnym tego słowa znaczeniu), nie wyjaśnia niczego. Poszerzenie horyzontu zawsze było postępem wiedzy, a nie odwrotnie - powiadają. Sugerują, że multiwszechświat mógłby wyjaśniać wiele zasadniczych zagadek współczesnej fizyki. Jeśli istnieje, pozwalałby np. odpowiedzieć na pytanie o to, czemu parametry znanego nam Wszechświata, takie jak siła oddziaływań elektromagnetycznych pomiędzy cząsteczkami czy wartość stałej kosmologicznej, mają wartości, które z dużą dokładnością i niewielkimi jedynie odchyleniami są konieczne do zaistnienia życia we Wszechświecie. Według logiki zwolenników multiwersu parametry te są w innych wszechświatach inne. Ten, w którym żyjemy i który mamy szansę dzięki jego dopasowaniu obserwować, ma po prostu wartości idealne dla powstania i rozwoju akurat takich istot żywych jak my.

Jakkolwiek zaskakująco to brzmi, multiwszechświat może wytłumaczyć nam, dlaczego "dziwny jest ten świat", ten nasz świat, który przyszło nam zamieszkiwać. Otóż musiałby być tak "dziwny", ponieważ nie jest żadnym innym z tysiąca czy też biliarda do n-tej potęgi wszechświatów.

Mirosław Usidus