Paralelios visatos – ne vien matematika, o patikrinamas mokslas

Svarbu atminti, kad multivisata nėra teorija, o veikiau – dabartinio mūsų teorinės fizikos supratimo pasekmė. Tai labai svarbu atskirti. Nebuvo taip, kad pamojome ranka, tarėme „tebūnie multivisata” ir atsidūrėme multivisatoje. Tiesą sakant, idėja, kad visata tikriausiai yra viena iš begalės, kilo iš dabartinių teorijų kaip kvantų mechanika ir stygų teorija.

Daugelio pasaulių interpretacija

Tikriausiai esate girdėję apie mintinį eksperimentą su Schrödingerio katinu, bauginančiu gyvūnu uždarytoje dėžėje. Dėžės atidarymo veiksmas leidžia eiti vienu iš įmanomų katino ateities istorijų kelių, – kur katinas nugaišo, kur liko gyvas, bei tuo, kur katinas nugaišo ir liko gyvas. Tai atrodo neįmanoma, nes mūsų žmogiška intuicija su tokiu reiškiniu nėra pažįstama.

Bet pagal keistas kvantų mechanikos taisykles, tai visiškai įmanoma. Tai įmanoma, nes kvantų mechanikoje yra neaprėpiama galimybių erdvė. Matematiškai, kvantų mechaninė būsena yra visų įmanomų būsenų suma (kitaip, superpozicija). Schrödingerio katino atveju, katinas yra būsenų „nugaišęs“ ir „gyvas“ superpozicijoje.

Bet kaip tai turėtume interpretuoti, kad būtų galima bent kažką suprasti? Vienas populiarus būdas yra galvoti apie visas galimybes kaip apie buhalterijos knygą, kur matome tik „objektyviai teisingą“ katino būseną. Tačiau lygiai taip pat sėkmingai galima manyti, kad visi pasirinkimai teisingi ir egzistuoja multivisatos skirtingose visatose.

Stygų peizažas

Stygų teorija yra viena labiausiai tikėtinų kvantų mechanikos ir gravitacijos suvienijimo galimybių. Tai kietas riešutėlis, nes gravitacijos jėgą apibūdinti atomų ir subatominių dalelių lygyje – kuriame karaliauja kvantų mechanika – itin sunku. Bet stygų teorija, postuluojanti, kad visos fundamentaliosios dalelės sudarytos iš vienmačių stygų, gali aprašyti visas žinomas gamos sąveikas: gravitaciją, elektromagnetizmą, ir silpnąją bei stipriąją branduolinę sąveiką.

Tačiau tam, kad nestrigtų stygų teorijos matematika, reikia, kad būtų bent 10 fizinių matmenų. Kadangi regime tik keturis: aukštį, plotį, gylį ir laiką, tai, jeigu stygų teorija teisinga, kažkur turi slypėti papildomi matmenys. Kad galėtume šia teorija aiškinti stebimus reiškinius, šie papildomi matmenys turi būti taip „sukompaktinti“, kad būtų per maži, kad galėtume juos aptikti. Gal kiekvienam iš mūsų didelių keturių matmenų taškų yra šešios papildomos, neįžiūrimos kryptys?

Stygų teorijos problema, ar, kaip kai kas pasakytų, savybė, yra ta, kad papildomus matmenis matmenis galima suspausti daugybe būdų – paprastai pateikiamas skaičius 10⁵⁰⁰ galimybių. Iš kiekvieno suspaudimo rasis visata su kitokiais fizikos dėsniais – tarkime, kitokia elektronų mase ir kitokia gravitacijos konstanta. Tačiau yra ir priekaištų suspaudimo metodologijai, tad klausimas vis dar atviras.

Bet tarus, kad taip yra, kyla akivaizdus klausimas: kurių iš šių galimybių lauke mes gyvenam? Pati stygų teorija nesuteikia tokių prognozių mechanizmo, tad ji bevertė, nes negalime jos patikrinti. Laimei, ankstyvosios visatos kosmologijos tyrimai šį trūkumą pavertė pliusu.

Ankstyvoji visata

Pačioje visatos pradžioje, prieš Didįjį sprogimą, visatoje įvyko spartus plėtimasis, vadinamas infliacija. Iš pradžių infliacija buvo pasitelkta, siekiant paaiškinti, kodėl dabartinės regimosios visatos temperatūra beveik vienoda. Tačiau teorija taip pat numatė temperatūrų fluktuacijas ir vėlesni tyrimai kosminiais zondais Cosmic Background Explorer, Wilkinson Microwave Anisotropy Probe ir PLANCK zondu tai patvirtino.

Nors dėl tikslių teorijos detalių karštai ginčijamasi, infliaciją dauguma fizikų palaiko. Tačiau šios teorijos pasekmė yra ta, kad turi būti kitos, vis dar tebegreitėjančios visatos dalys. Tačiau dėl kvantinių erdvėlaikio fluktuacijų, kai kurios visatos dalyse infliacijos būsena taip ir nesibaigia. Tai reiškia, kad visata, bent jau remiantis dabartini mūsų supratimu, plečiasi amžinai. Tad, kai kurios dalys gali tapti kitomis visatomis, kurios gali tapti kitomis visatomis, etc. Taip randasi begalybė visatų.

Apjungiant tokį scenarijų su stygų teorija, atsiranda galimybė kiekvienai iš šių visatų turėti skirtingą papildomų matmenų suglaudinimą, tad ir skirtingus fizikos dėsnius.

Teorijos tikrinimas

Stygų teorijos numatomos visatos ir infliacija gyvena toje pat fizinėje erdvėje (kitaip, nei daug kvantų mechanikos visatų, gyvuojančių matematinėje erdvėje), jos gali persidengti ar susidurti. Tiesą sakant, jos neišvengiamai turi susidurti, palikdamos pėdsakus kosmose, kuriuos galime bandyti aptikti.

Pėdsakų pobūdis labai priklauso nuo modelių – nuo šaltų ar karštų dėmių kosminiame mikrobangų fone, iki anomalių galaktikų pasiskirstymo tuštumų. Kaip bebūtų, kadangi susidūrimai su kitomis visatomis turi vykti tam tikra kryptimi, bendrai tikimasi, kad bet kuris susidūrimo ženklas sutrikdys regimos visatos tolydumą.

Šių ženklų mokslininkai aktyviai ieško. Kai kurie ieško tiesiogiai, KMF – Didžiojo sprogimo aido, atspauduose. Tačiau kol kas tokių ženklų neaptikta. Kiti ieško netiesioginių patvirtinimų, tokių, kaip gravitacijos bangos, kurios yra erdvėlaikio bangelės. kylančios, prasilenkiant su masyviu objektu. Tokios bangos galėtų tiesiogiai įrodyti infliacijos egzistavimą, kas labai sustiprintų multivisatos teoriją.

Ar kitų visatų egzistavimą kada nors galėsime įrodyti, nuspėti sunku. Bet turint omeny galimas tokio atradimo implikacijas, ieškoti tikrai verta.