Kvantinis keistumas gali nužudyti multivisatą

Multivisata mirė, tegyvuoja multivisata. Radikaliai naujas požiūris į kvantų mechaniką rodo, kad netgi multivisata baigsis.

Populiarus požiūris į multivisatas teigia, kad mūsų visata tėra viena iš amžinai besiplečiančių atskirų visatų „burbulų“ gausybės. Šie burbulai amžinai kuria naujas visatas, nors individualios visatos sensta ir miršta.

Bet naujas požiūris į kvantų efektus – Seano Carrollo ir jo kolegų iš Kalifornijos technologijos instituto minties vaisius – meta iššūkį tokiam vaizdui. Be to, tai potencialiai labai naudinga kvantų teoretikams, kadangi leidžia atsikratyti kai kurių dabar kosmologiją kamuojančių kibių problemų, tarp kurių ir ypatingai gluminantis bekūnės sąmonės paradoksas, – „Boltzmanno smegenys“.

Carrollo įžvalgos kyla iš naujo požiūrio į atsitiktines kvantų fluktuacijas.

Kvantų sistemos nepaklūsta geriausiai mūsų fizikos intuicijai. Dabartiniai modeliai sako, kad mažos dalelės, tokios, kaip pavyzdžiui, elektronai, neturi tikslios vietos: geriausiai juos galime apibūdinti vadinamąja bangos funkcijos lygtimi aprašoma tikimybe rasti elektroną tam tikroje vietoje. Bandant atlikti matavimą, bangos funkcija „kolapsuoja“ ir pasirenka vieną reikšmę – tačiau iki tol elektrono pozicija fluktuoja. Vienas tokio neapibrėžtumo rezultatų yra kvantinių fluktuacijų atsiradimas iš, atrodytų, tuščios erdvės.

Tačiau, nepaisant šių kvantų fluktuacijų keistų savybių, joms turime dėkoti už patį mūsų egzistavimą. Seniausios mūsų visatos šviesos, išspinduliuotos po maždaug 380 000 metų nuo Didžiojo sprogimo, tyrimai rodo, kad kvantų fluktuacijos ankstyvojoje visatoje kai kuriuose visatos regionuose sutankino medžiagą labiau, nei kituose, ir leido atsirasti kosminiam galaktikų, žvaigždžių, planetų tinklui ir galiausiai – žmonėms.

Šie atsitiktiniai virpesiai taip pat turi ir kitą intriguojančią reikšmę. Manoma, kad per mažą sekundės dalį po Didžiojo sprogimo vyko labai greitas visatos plėtimasis, vadinamoji infliacija, kurią varė kvantinės dalelės – inflatonai. Jiems taip pat būdinga kvantų fluktuacija, ir nuolat atsitiktinai gaudami papildomos energijos, jie išpučia naujus atskirų visatų burbulus. Tame burbule taip pat vyktų infliacija, savo ruožtu išpučianti daugiau burbulų, ir iš čia kyla multivisatos burbulų idėja.

Taip mąstant, kartą prasidėjusi, visata niekada nesibaigia, ir nuolat gimsta naujos visatos – taigi, ši multivisata yra begalinė ir amžina.

Bent jau toks požiūris vyrauja. Carrollas ir jo kolegos nusprendė darsyk peržiūrėti šią teoriją, nes iš jos kyla neišspręsti klausimai. Tokioje begalinėje multivisatoje, viskas, kas turi net menkiausią tikimybę nutikti, praktiškai neišvengiamai atsitinka – tiesiog reikia pakankamai ilgai laukti.

Kai kurie teoretikai parodė, kad logiškai mąstant, tai reiškia, kad įmanomas toks spontaniškas medžiagos susiformavimas, kad ji suformuotų save suvokiančias bekūnes smegenis. Tai tokia pati logika, kaip ir sakanti, kad begaliniam skaičiui beždžionių spaudžiant atsitiktinius klavišus, galiausiai gali būti atkurti visi Šekspyro darbai. „Tai skamba taip, lyg būrelis koledžo antrakursių diskutuotų apsinešę. Tai nepanašu į tikrą mokslinę problemą,“ sako Scottas Aaronsonas iš MIT.

Gal tai ir tiesa, tačiau Boltzmanno smegenys kelia rimtų problemų teoretikams: per visą visatos istoriją, tokių smegenų būtų daugiau, nei tokių sąmonių, kaip mūsiškė. Tai didelė problema, nes pradinis mūsų supratimo apie visatą ir jos elgesį taškas yra tai, kad tipiški stebėtojai yra žmonės, o ne bekūnės smegenys. Be to, Boltzmanno smegenys kai kam atrodo pernelyg keistos. „Manau, jos neišlaikytų Monty Python testo: Stop, gana! Tai pernelyg kvaila!“ sako Sethas Lloydas iš MIT.

Carrollas pasirengė rašyti darbą, parodantį, kad Boltzmanno smegenys yra tikra grėsmė, bet rašydamas rado būdą, kaip jų atsikratyti. Jo pradinis taškas buvo idėja, kad kvantinės fluktuacijos priklauso nuo sąveikos su išorine sistema ar dalele, vadinamuoju „stebėtoju“ – kvantų mechanikoje yra panaši koncepcija. Pritaikius šį mąstymą mūsų požiūriui į infliaciją, tai pakeičia viską. Inflatonas turėjo rastis prieš atsirandant bet kokioms dalelėms, pačioje ankstyvojoje visatoje. Tai reiškia, kad jis buvo vienintelis egzistavęs dalelių tipas, taigi nebūtų buvę nieko „išorinio“, su kuo inflatonai galėtų sąveikauti, sako Carrollas. Šiuo atveju inflatonuose nevyktų kvantinės fluktuacijos.

Ši „rami“ būklė tęsėsi, kol inflatonai skilo į skirtingas įprastines daleles, kurios tada galėjo sąveikauti tarpusavyje. „Tada atsirado šios kvantinės fluktuacijos,“ sako Carrollas – taip jos galėjo atlikti pagrindinį kosminio tinklo formavimo vaidmenį, bet nebelieka be galo atsirandančių visatų būtinybės.

Tačiau jo idėja multivisatų visiškai neatsikrato. Taip yra, nes matematika, aprašanti fluktuacijų priklausomybę nuo stebėtojo, remiasi kvantų mechanikos „daugelio pasaulių“ teorija. Ji teigia, kad kaskart išmatavus kvantinę sistemą, visata išsišakoja į keletą skirtingų versijų, po vieną kiekvienam įmanomam rezultatui. Skirtingai nuo multivisatos, kurioje kiekvienas atskiros visatos burbulas prasideda iš pat pradžių ir vystosi nepriklausomai,„daugelio pasaulių“ multivisatą sudaro persiklojančios atšakos, visos prasidėjusios nuo tų pačių pradinių sąlygų. „Gal kitoje visatoje Hitleris laimėjo II Pasaulinį karą, tai viena iš galimybių,“ sako Carrollas. „Bet fizikos dėsniai yra tokie patys.“

Carrollo teorijoje, netgi išsišakojusi multivisata turi baigtis. Visata plečiasi greitėdama, taigi, kosmologai mano, kad jos mirtis bus labai panaši į gimimą, be pažįstamos medžiagos ir vieninteliu kvantiniu lauku. Šiuo atveju vėl nebus stebėtojo, galinčio galinčio atgaivinti kvantų fluktuacijas.

Šios teorijos paprastumas daro įspūdį Aaronsonui: „Manau, fundamentaliai jis teisus. Iš esmės pritariu.“

Tačiau amžinos infliacijos šalininkai laikosi savo teorijos. „Gerai suprantu Seano troškimą neturėti Boltzmanno smegenų,“ sako Lloydas. Tačiau ir jis, ir Alanas Guthas iš MIT – vienas iš infliacijos teorijos pradininkų – galvoja, kad nuolat burbuliuojanti multivisata gali egzistuoti, net jei Carrollo matematika teisinga ir jie rengia darbą, turintį tai parodyti.

Kol kas debato išspręsti neina, bet Davidas Wallace'as iš Oxfordo universiteto sako, kad Carrollo teorija gali turėti ir praktinių pasekmių, pavyzdžiui, padėtų geriau suprasti medžiagos elgesį kvantiniame lygyje.

Lisa Grossman
New Scientist № 2969