Wszechświat zaczął się jako Wielki Wybuch i niemal natychmiast zaczął rozszerzać się szybciej niż prędkość światła w zrywu zwanym „inflacją”. To nagłe rozciągnięcie wygładziło kosmos, rozmazując materię i promieniowanie równomiernie jak keczup i musztarda na hamburgerze kok.
Ta ekspansja ustała po ułamku sekundy. Ale zgodnie z ideą zwaną „inflacyjnym multiwersum”, kontynuuje się - po prostu nie w naszym wszechświecie, w którym możemy to zobaczyć. I tak się dzieje, spawnuje inne wszechświaty. I nawet kiedy zatrzymuje się w tych przestrzeniach, trwa w jeszcze innych. Ta „wieczna inflacja” stworzyłaby nieskończoną liczbę innych wszechświatów.
Razem te kosmiczne wyspy tworzą to, co naukowcy nazywają „multiwersum”. Na każdej z tych wysp fizyczne podstawy tego wszechświata - takie jak ładunki i masy elektronów i protonów oraz sposób rozszerzania się przestrzeni - mogą być różne.
Kosmolodzy głównie badają tę inflacyjną wersję wieloświata, ale dziwny scenariusz może przybierać również inne formy. Wyobraź sobie na przykład, że kosmos jest nieskończony. Zatem część, którą możemy zobaczyć - widzialny wszechświat - jest tylko jednym z niezliczonej liczby innych wszechświatów tej samej wielkości, które łączą się, tworząc multiwersum. Inna wersja, zwana „Interpretacją wielu światów”, pochodzi z mechaniki kwantowej. Tutaj, za każdym razem, gdy cząstka fizyczna, taka jak elektron, ma wiele opcji, bierze je wszystkie - każda w innym, nowo powstającym wszechświecie.
Reprezentacja ewolucji wszechświata na przestrzeni 13, 77 miliarda lat. Odległa lewa strona przedstawia najwcześniejszy moment, w którym możemy teraz zbadać, kiedy okres „inflacji” wywołał gwałtowny wzrost we wszechświecie. (Zespół naukowy NASA / WMAP) 
Laureaci nagrody Kavli za wynalazek inflacji (nagroda Kavli) 
Obraz pokazujący, jak zderzenie z innym wszechświatem może pojawić się w tle mikrofalowym (University College London) Ale wszystkie inne wszechświaty mogą być poza naszym zasięgiem naukowym. Wszechświat zawiera z definicji wszystkie rzeczy, które każdy w środku może zobaczyć, wykryć lub zbadać. A ponieważ multiwers jest nieosiągalny, fizycznie i filozoficznie, astronomowie mogą nie być w stanie dowiedzieć się - na pewno - czy w ogóle istnieje.
Jednak ustalenie, czy żyjemy na jednej z wielu wysp, nie jest po prostu poszukiwaniem czystej wiedzy o naturze kosmosu. Jeśli wszechświat istnieje, zdolność do życia w naszym szczególnym wszechświecie nie jest taką tajemnicą: istnieje także nieskończona liczba mniej gościnnych wszechświatów. Nasz skład byłby więc szczęśliwym zbiegiem okoliczności. Ale nie będziemy tego wiedzieć, dopóki naukowcy nie będą mogli zweryfikować multiwersum. A jak to zrobią i jeśli to możliwe, pozostaje kwestią otwartą.
Brak wyników
Ta niepewność stanowi problem. W nauce badacze próbują wyjaśnić, jak działa natura, używając prognoz, które formalnie nazywają hipotezami. Potocznie zarówno oni, jak i opinia publiczna nazywają te idee „teoriami”. Naukowcy szczególnie skłaniają się ku temu zastosowaniu, gdy ich idea dotyczy szerokiego zakresu okoliczności lub wyjaśnia coś fundamentalnego dla funkcjonowania fizyki. A co może być szerszego i fundamentalnego niż wieloświat?
Aby technicznie przejść od hipotezy do teorii, naukowcy muszą przetestować swoje przewidywania, a następnie przeanalizować wyniki, aby sprawdzić, czy ich wstępne przypuszczenie jest poparte, czy odrzucone przez dane. Jeśli pomysł zyska wystarczające spójne poparcie i dokładnie i rzetelnie opisuje naturę, zostaje promowany do oficjalnej teorii.
Kiedy fizycy docierają głębiej w samo serce rzeczywistości, ich hipotezy - podobnie jak multiwersum - stają się coraz trudniejsze, a może nawet niemożliwe do przetestowania. Bez możliwości udowodnienia lub obalenia swoich pomysłów naukowcy nie mogą wiedzieć, w jakim stopniu teoria faktycznie reprezentuje rzeczywistość. To jak spotkanie się z potencjalną datą w Internecie: chociaż mogą dobrze wyglądać na papierze cyfrowym, nie możesz wiedzieć, czy ich profil reprezentuje ich rzeczywistą osobowość, dopóki nie spotkasz się osobiście. A jeśli nigdy nie spotkasz się osobiście, mogą cię łowić. Podobnie może być multiwers.
Fizycy debatują teraz, czy ten problem przenosi idee takie jak multiwersum od fizyki do metafizyki, ze świata nauki do świata filozofii.
Pokaż mi stan
Niektórzy fizycy teoretyczni twierdzą, że ich dziedzina potrzebuje więcej zimnych, twardych dowodów i martwi się, dokąd prowadzi brak dowodów. „Łatwo jest pisać teorie” - mówi Carlo Rovelli z Centrum Fizyki Teoretycznej w Luminy we Francji. Tutaj Rovelli używa tego słowa potocznie, aby mówić o hipotetycznych wyjaśnieniach, jak wszechświat zasadniczo działa. „Trudno jest pisać teorie, które przetrwają dowód rzeczywistości” - kontynuuje. „Niewielu przeżyło. Dzięki temu filtrowi byliśmy w stanie rozwinąć nowoczesną naukę, społeczeństwo technologiczne, leczyć choroby, karmić miliardy. Wszystko to działa dzięki prostemu pomysłowi: nie ufaj swoim fantazjom. Zachowaj tylko pomysły, które można przetestować. Jeśli przestaniemy to robić, wrócimy do myślenia w średniowieczu. ”
On i kosmolodzy George Ellis z University of Cape Town i Joseph Silk z Johns Hopkins University w Baltimore martwią się, że ponieważ nikt nie jest w stanie obecnie udowodnić, że multiwersum jest dobre czy złe, naukowcy mogą po prostu kontynuować swoją intelektualną ścieżkę, nie wiedząc, czy ich spacery wszystko inne niż losowe. „Fizyka teoretyczna może stać się ziemią niczyją między matematyką, fizyką i filozofią, która tak naprawdę nie spełnia żadnych wymagań”, zauważyli Ellis i Silk w artykule redakcyjnym Nature w grudniu 2014 r.
Nie jest tak, że fizycy nie chcą testować swoich najdzikszych pomysłów. Rovelli mówi, że wielu jego kolegów myślało, że dzięki wykładniczemu postępowi technologii - i dużej ilości czasu siedząc w pokoju, myśląc - będą w stanie je teraz zatwierdzić. „Myślę, że wielu fizyków nie znalazło sposobu na udowodnienie swoich teorii, tak jak się spodziewali, i dlatego z trudem łapią oddech”, mówi Rovelli.
„Fizyka rozwija się na dwa sposoby” - mówi. Albo fizycy widzą coś, czego nie rozumieją, i opracowują nową hipotezę, aby to wyjaśnić, lub rozwijają istniejące hipotezy, które są w dobrym stanie. „Dzisiaj wielu fizyków marnuje czas na trzecią drogę: próbowanie zgadywania arbitralnie”, mówi Rovelli. „To nigdy nie działało w przeszłości i teraz nie działa”.
Multiwers może być jednym z tych dowolnych domysłów. Rovelli nie jest przeciwny samej idei, ale jej istnieniu wyłącznie na desce kreślarskiej. „Nie widzę powodu, by odrzucać a priori pogląd, że w naturze jest więcej niż część czasoprzestrzeni, którą widzimy”, mówi Rovelli. „Ale jak dotąd nie widziałem żadnych przekonujących dowodów.”
„Dowód” musi ewoluować
Inni naukowcy twierdzą, że definicje „dowodów” i „dowodów” wymagają aktualizacji. Richard Dawid z monachijskiego centrum filozofii matematycznej uważa, że naukowcy mogliby poprzeć swoje hipotezy, podobnie jak multiwersum - bez faktycznego znalezienia fizycznego wsparcia. Swoje pomysły przedstawił w książce pod tytułem Teoria strun i metoda naukowa . Wewnątrz znajduje się rodzaj rubryki, zwanej „nieempiryczną oceną teorii”, która jest jak karta naukowa dla profesjonalnych fizyków. Jeśli teoria spełnia trzy kryteria, prawdopodobnie jest to prawdą.
Po pierwsze, jeśli naukowcy próbowali i nie zdołali wymyślić alternatywnej teorii, która dobrze wyjaśnia zjawisko, która liczy się jako dowód na korzyść oryginalnej teorii. Po drugie, jeśli teoria wydaje się lepszym pomysłem, im dłużej ją studiujesz, to kolejny plus. A jeśli linia myśli stworzy teorię, którą dowody poparły później, są szanse, że tak się stanie.
Radin Dardashti, również z monachijskiego centrum filozofii matematycznej, uważa, że Dawid kroczy właściwą ścieżką. „Najbardziej podstawową ideą leżącą u podstaw tego wszystkiego jest to, że jeśli mamy teorię, która wydaje się, że działa, i nie znaleźliśmy niczego, co działałoby lepiej, istnieje szansa, że nasz pomysł jest słuszny”, mówi.
Ale historycznie to podwalinowanie często się załamywało, a naukowcy nie byli w stanie dostrzec oczywistych alternatyw dla dogmatycznych pomysłów. Na przykład Słońce w swym wschodzie i zachodzie wydaje się krążyć wokół Ziemi. Dlatego ludzie długo myśleli, że nasza gwiazda krąży po Ziemi.
Dardashti ostrzega, że naukowcy nie powinni kręcić się wokół pomysłu Dawida, chcąc nie chcąc, i że wymaga on dalszego rozwoju. Ale może to być najlepszy pomysł na „testowanie” wieloświata i innych pomysłów, które są zbyt trudne, jeśli nie niemożliwe, do przetestowania. Zauważa jednak, że cenny czas fizyków lepiej spędzić na wymyślaniu sposobów znalezienia prawdziwych dowodów.
Jednak nie wszyscy są tacy optymistyczni. Sabine Hossenfelder z Nordyckiego Instytutu Fizyki Teoretycznej w Sztokholmie uważa, że „postempiryczna” i „nauka” nigdy nie mogą żyć razem. „W fizyce nie chodzi o znalezienie prawdziwej prawdy. Fizyka polega na opisywaniu świata ”- napisała na swoim blogu Backreaction w odpowiedzi na wywiad, w którym Dawid przedstawił swoje pomysły. A jeśli pomysł (który potocznie nazywa teorią) nie ma empirycznego, fizycznego wsparcia, to nie pasuje. „Bez kontaktu z obserwacją teoria nie jest przydatna do opisania świata przyrody, nie jest częścią nauk przyrodniczych, a nie fizyki” - podsumowała.
Multiverse (Standford University) Prawda jest gdzieś tam
Niektórzy zwolennicy multiwersum twierdzą, że znaleźli prawdziwy fizyczny dowód na multiwersum. Joseph Polchinski z University of California, Santa Barbara i Andrei Linde z Stanford University - niektórzy z fizyków teoretycznych, którzy wymyślili obecny model inflacji i sposób, w jaki prowadzi ona do wszechświatów wyspowych - mówią, że dowód jest zakodowany w naszym kosmosie.
Ten kosmos jest ogromny, gładki i płaski, tak jak mówi inflacja. „Minęło trochę czasu, zanim przyzwyczailiśmy się, że duży rozmiar, płaskość, izotropia i jednolitość wszechświata nie powinny być odrzucane jako trywialne fakty z życia”, napisała Linde w artykule, który ukazał się na stronie arXiv.org w grudniu. „Zamiast tego należy je traktować jako dane eksperymentalne wymagające wyjaśnienia, które zostały dostarczone wraz z wynalezieniem inflacji”.
Podobnie nasz wszechświat wydaje się być dostrojony, aby sprzyjać życiu, z jego szybkością ekspansji Goldilocks, która nie jest zbyt szybka ani zbyt wolna, elektronem, który nie jest zbyt duży, protonem, który ma dokładnie przeciwny ładunek, ale taką samą masą jak neutron i czterowymiarowa przestrzeń, w której możemy żyć. Gdyby elektron lub proton były na przykład o jeden procent większe, istoty nie mogłyby być. Jakie są szanse, że wszystkie te właściwości wyrównyją się, tworząc ładną nieruchomość dla biologii, aby mogła się tworzyć i ewoluować?
We wszechświecie, który jest tak naprawdę jedynym wszechświatem, szanse są znikomo małe. Ale w wiecznie pompującym multiwersie pewne jest, że jeden z wszechświatów powinien wyglądać tak jak nasz. Każdy wszechświat wyspowy może mieć inne prawa fizyczne i podstawy. Biorąc pod uwagę nieskończone mutacje, powstanie wszechświat, na którym ludzie mogą się narodzić. Multiwers rzeczywiście wyjaśnia, dlaczego tu jesteśmy. A zatem nasze istnienie pomaga wyjaśnić, dlaczego multiwersum jest prawdopodobne.
Te pośrednie dowody, połączone statystycznie, doprowadziły Polczińskiego do stwierdzenia, że jest on w 94 procentach pewien, że multiwers istnieje. Ale wie, że to o 5, 999999 procent mniej niż 99, 999999 procent pewności, którą naukowcy muszą nazwać czymś skończonym.
Szczegółowy, wszechświatowy obraz niemowlęcego wszechświata stworzony z dziewięciu lat danych WMAP. Zdjęcie pokazuje 13, 77 miliardów lat wahań temperatury (pokazanych jako różnice kolorów), które odpowiadają ziarnom, które wyrosły i stały się galaktykami. (Zespół naukowy NASA / WMAP) W końcu naukowcy mogą odkryć bardziej bezpośrednie dowody wieloświata. Szukają rozstępów, które inflacja pozostawiłaby na kosmicznym tle mikrofalowym, świetle pozostałym po Wielkim Wybuchu. Te odciski mogą powiedzieć naukowcom, czy nastąpiła inflacja, i pomóc im dowiedzieć się, czy nadal dzieje się to z dala od naszego widoku. A jeśli nasz wszechświat zderzył się z innymi w przeszłości, ten odbojnik pozostawiłby również odciski na tle kosmicznej mikrofalówki. Naukowcy byliby w stanie rozpoznać wypadek z udziałem dwóch samochodów. A jeśli istnieją dwa samochody, to o wiele więcej.
Lub, za 50 lat, fizycy mogą nieśmiało przedstawiać dowody, że teoria kosmologiczna zwierząt domowych z początku XXI wieku była błędna.
„Pracujemy nad problemem, który jest bardzo trudny, dlatego powinniśmy myśleć o tym na bardzo długą skalę”, Polczyński doradził innym fizykom. To nie jest niezwykłe w fizyce. Na przykład sto lat temu ogólna teoria względności Einsteina przewidywała istnienie fal grawitacyjnych. Ale naukowcy mogli je niedawno zweryfikować za pomocą miliardowego instrumentu o nazwie LIGO, laserowego interferometru obserwacyjnego z falą grawitacyjną.
Jak dotąd cała nauka opierała się na testowalności. To właśnie sprawia, że nauka jest nauką, a nie marzeniem. Surowe zasady dowodu wyprowadziły ludzi z wilgotnych, ciemnych zamków w kosmos. Ale te testy wymagają czasu i większość teoretyków chce na to czekać. Nie są gotowi odłożyć idei tak fundamentalnej jak wieloświat - która może być odpowiedzią na życie, wszechświat i wszystko - dopóki nie udowodnią, że nie istnieje. I ten dzień może nigdy nie nadejść.
