Vesolje je tam, kjer je bilo vedno in vedno bo. Vsaj tako so nam povedali in tako izhaja iz same besede "Vesolje". Toda ne glede na resnično naravo vesolja je naša sposobnost zbiranja informacij o njem v osnovi omejena. Od velikega poka je minilo 13,8 milijarde let in hitrost, s katero potujejo informacije - največja hitrost, hitrost svetlobe - je omejena. Zato je lahko celotno vesolje resnično neomejeno, vendar vesolje, ki ga je mogoče opazovati, ni.
Po vodilnih idejah teoretične fizike je naše Vesolje lahko eno majhno območje ogromnih več univerzumov, ki jih je lahko neskončno veliko. Nekatere od teh idej so resnično znanstvene, nekatere pa zgolj špekulativno, zaželeno razmišljanje. Naučimo se, kako jih ločiti. Najprej malo ozadja.
Ali obstaja več vesoljev?
Sodobni Vesolje nam ponuja nekaj zanimivih dejstev, ki jih je, vsaj s pomočjo vrhunskih znanstvenih predmetov, zelo enostavno opaziti in preveriti. Vemo, da se Vesolje širi: lahko merimo lastnosti galaksij, ugotovimo njihovo razdaljo in hitrost odmika od nas. Dlje ko so, hitreje se odstranijo. V okviru splošne relativnosti to pomeni, da se vesolje širi.
In če se vesolje danes širi, to pomeni, da je bilo v preteklosti manjše in gostejše. Če boste v preteklost šli dovolj globoko, boste ugotovili, da je bila tudi bolj homogena (ker je trajalo, da je gravitacija zbrala vse v gomile) in bolj vroča (ker krajše valovne dolžine svetlobe pomenijo večje energije in temperature). To nas pripelje nazaj do velikega poka.
Toda Big Bang ni bil sam začetek vesolja. V preteklost lahko pogledamo le do določenega časa, po katerem se napovedi velikega poka nehajo uresničevati. V vesolju obstaja več opazovanj stvari, ki jih Big Bang ne razloži, vendar teorija kozmične inflacije vseeno.
Promocijski video:
V osemdesetih letih se je razvilo kar nekaj teoretičnih posledic inflacije, vključno z:
- kakšno mora biti sejanje obsežnih struktur;
- da morajo temperaturna in gostota nihati v merilu, ki presega kozmično obzorje;
- da morajo imeti vsa območja prostora, tudi z nihanji, stalno entropijo;
- naj bo najvišja temperatura, ki jo je dosegel Veliki prasak.
V devetdesetih, 2000-ih in 2010-ih so bile te štiri napovedi opazovalno potrjene z visoko natančnostjo. Kozmična inflacija zmaga.
Inflacija nam pove, da vesolje pred velikim praskom ni bilo napolnjeno z delci, anti delci in sevanjem. Namesto tega se je napolnila z energijo, ki je lastna vesolju, in ta energija je povzročila, da se je prostor hitro, neizprosno in eksponentno širil. V nekem trenutku se je inflacija končala in izkazalo se je, da se je vsa (ali skoraj vsa) ta energija pretvorila v snov in energijo, kar je sprožilo vroči Big Bang. Konec inflacije je pomenil začetek velikega poka. Se pravi, prišlo je do velikega poka, vendar ne na samem začetku.
Če bi bila to celotna zgodba, bi imeli v rokah eno izjemno veliko vesolje. Njegove lastnosti bi bile povsod enake, zakoni so enaki, deli, ki so bili zunaj vidnega obzorja, pa bi bili podobni kraju, kjer smo, vendar bi jih bilo nemogoče poklicati z več vesolji.
Se pravi, ne bi bilo mogoče, dokler se ne spomnite, da mora biti vse, kar fizično obstaja, po naravi kvantno. Tudi inflacija, ob vseh neznanih, ki jih obkrožajo, mora biti kvantno polje.
Če potrebujete inflacijo, da boste imeli lastnosti kvantnih polj:
- v njegovih lastnostih morajo biti lastne negotovosti;
- polje mora biti opisano z valovno funkcijo;
- vrednosti polja se raztezajo sčasoma;
potem boste prišli do nenavadnega zaključka.
Inflacija se ni končala povsod hkrati, temveč na ločenih, izbranih, neodvisnih lokacijah, medtem ko je prostor med njimi še naprej nabrekal. Obstajati mora več ogromnih območij prostora, kjer se inflacija konča in začne se Big Bang, vendar se ne bodo nikoli srečali, ker jih ločujejo regije oteklega prostora. Ko se bo inflacija začela, se bo vsaj ponekod nadaljevala zagotovo in v nedogled.
Ko se inflacija konča, dobimo velik udarec. Del vesolja, ki ga opazujemo, je le del regije, v kateri se je končala inflacija, onkraj katere je veliko neugledljivega Vesolja. In obstaja ogromno regij, ki so med seboj razdeljene s povsem enako zgodovino.
To je ideja o več vesoljih. Kot vidite, temelji na dveh neodvisnih, uveljavljenih in splošno sprejetih vidikih teoretične fizike: kvantni naravi vsega in lastnosti kozmične inflacije. Ni ga mogoče izmeriti in ne moremo izmeriti neopaznega dela vesolja. Toda dve teoriji, ki sta v osnovi, inflacija in kvantna fizika, sta pokazali svojo vrednost. Če bodo pravilni, bo več vesoljev neizogibna posledica tega in mi bomo živeli v njih.
Pa kaj? Obstaja veliko teoretičnih posledic, ki so neizogibne, vendar jih ne moremo zagotovo vedeti, saj jih ne moremo preveriti. Več univerzumov je ena takšnih posledic. Ne da je koristno, je le zanimiva napoved, ki izhaja iz teorij.
Zakaj toliko teoretičnih fizikov piše članke o več vesoljih? Na temo vzporednih vesoljev in njihovega odnosa do našega? Zakaj trdijo, da je več vesoljev vezano na strune, na kozmološko konstanto in na dejstvo, da je naše vesolje idealno nastavljeno za življenje?
Ker nimajo boljših idej.
V okviru teorije strun obstaja ogromen seznam parametrov, ki načeloma lahko prevzamejo skoraj vsako vrednost. Ta teorija zanje ne daje nobenih napovedi, zato smo prisiljeni ugotoviti njihove pomene v kontekstu nizke vakuume. Če ste slišali za neverjetno veliko število, kot je na primer znanih 10 do 500 moči, ki se pojavljajo v teoriji strun, se sklicujejo na možne pomene strune vakuuma. Še ne vemo, kaj so ali zakaj imajo takšne pomene. Nihče ne ve, kako jih šteti.
Zato namesto da bi rekli: "To so več vesolji!", Ljudje razmišljajo tako:
- Ne vemo, zakaj imajo osnovne konstante vrednosti, ki jih imajo.
- Ne vemo, zakaj so fizični zakoni takšni, kot so.
- Teorija strun je okvir, ki lahko našim fizikalnim zakonom zagotavlja naše temeljne konstante, pa tudi druge zakone ali konstante.
- Če imamo torej ogromno več vesoljev, v katerih bodo različne regije imele različne zakone in konstante, je lahko eden izmed njih tudi naš.
Težava je v tem, da vse to ni samo špekulativno, ampak zaradi inflacije in kvantne fizike ni razloga, da bi verjeli, da ima napihljiv prostor-čas različne zakone ali konstante v različnih regijah.
Vam ni všeč ta pristop k sklepanju? In tega nihče ne mara.
Kot smo že ugotovili, več vesolji niso znanstvena teorija sama po sebi. Nasprotno, gre za teoretično posledico zakonov fizike po njihovem popolnem razumevanju. Tudi če imate inflacijsko vesolje, ki ga upravlja kvantna fizika, boste nanjo navezani. Toda - kot teorija strun - ima težave: ne napoveduje ničesar, kar smo opazili, in brez tega ne bi znali razložiti, in ne napoveduje ničesar konkretnega, kar bi lahko šli in pogledali.
V tem fizičnem vesolju je pomembno opazovati vse, kar lahko, in zbirati vsakega po malo kakršno koli znanje, do katerega imamo dostop. Šele iz celotnega niza podatkov, za katere upamo, da bodo pravilni, bo mogoče narediti znanstvene presoje o naravi vesolja. Nekatere od teh ugotovitev bodo imele posledice, ki jih ne moremo izmeriti in dokazati: na primer več univerzumov. Ko pa ljudje govorijo o temeljnih konstantah, o fizikalnih zakonih, o vrednostih nizkih vakuumov, se ne ukvarjajo z znanostjo, samo govorijo. O različnih vesoljih lahko ogovarjate, kolikor želite, in kot primer navajate pomembna dela takih teoretikov, vendar tega ne morete znanstveno pogledati.
Ilya Khel