Multiverse: Idea, jota oli kerran vaarallista kieltää

Vuonna 1277 Pariisin piispa ilmoitti, että mikä tahansa täällä opettanut opiskelija, joka väitti, että maailmankaikkeutta voisi olla vain yksi, vaaransi uskonnontutkintaan – koska tämä väite kielsi Jumalalta voiman luoda niin monta maailmaa kuin hän halusi. Satoja vuosia ennen kaukoputkia tai satelliitteja multiverse oli jo tarpeeksi vakava aihe uhkaamaan uraita.

Nykyään multiverse on aito, vaikkakin kiistelty fysiikan osa-alue: perhe ideoita siitä, miksi maailmankaikkeutta voisi ei olla ainoa, joka on rakennettu inflaatioteorian, kvanttimekaniikan ja haikeiden mallien etsimisen päälle vanhimmassa taivaanvalossa. Mitään tästä ei ole vakiintunutta tiedettä, ja jotkut kovimpiin kriitikot ovat itse fyysikot. Mutta tarina siitä, kuinka idea pääsi tänne, ja mitä ihmiset ovat todella yrittäneet testata, on oudompaa kuin suurin osa tieteiskirjallisuudesta.

Ajatus siitä, että todellisuus voisi sisältää enemmän kuin yhden maailmankaikkeuden, ei ole moderni keksintö. Se juontaa juurensa samoihin antiikin kreikkalaisiin ajattelijoihin, jotka ensimmäisen kerran ehdottivat atomien olemassaoloa – päätellen, että jos materia voitaisiin rakentaa jakamattomista kappaleista, jotka olisivat hajallaan äärettömän avaruuden läpi, niin ei ollut ilmeistä syytä sille, miksi tämä avaruus sisältäisi vain yhden kosmoksen.

Kaikki eivät olleet samaa mieltä. Aristoteles vastusti voimakkaasti ja vaati, että itse logiikka vaati yhtä maailmankaikkeutta ja mitään muuta. Hänen argumenttinsa vallitsi yli tuhanneksi vuodeksi, muokaten länsimaista ajattelua niin syvällä, että keskiajalla siitä tuli lähes virallinen oppi – kunnes kirkko itse päätti toisin. Pariisin piispa vuonna 1277 antanut julistus käänsi kokonaan käsikirjoituksen: äkillisesti Aristoteleen yksittäinen maailmankaikkeus oli riskialtis puolustettava näkemys, koska se näytti rajoittavan jumalallista voimaa.

Termi "multiverse" itse edeltää modernin tieteellisen keskustelun useita vuosikymmeniä. Se oli amerikkalainen filosofi ja psykologi William James, joka käytti sanaa ensimmäisen kerran vuonna 1895 – vaikka hän tarkoitti jotain aivan erilaista kuin kupumaailmankaikkeuksia tai kvanttihaaroja. Fysiikka ei saavuttanut sanastoa suurimman osan vuosisadalta.

Modernit multiversumiteoriat jäljittyvät pääasiassa inflatioon: ideaa siitä, että nuori maailmankaikkeus kävi läpi erittäin nopean laajenemisen puhkeamisen, jonka kehittivät fyysikot Alan Guth ja Andrei Linde, muiden joukossa, pian vuoden 1980 jälkeen. Tämä yksi idea muutti fyysikkojen näkemystä ensimmäisistä hetkistä Ison Paukan jälkeen.

Tässä on osa, joka johtaa suoraan multiversumiin: inflaatio ei tarvitse pysähtyä kaikkialla kerralla. Omassa kosmisessa naapurustossamme se pysähtyi 13,7 miljardissa vuotta sitten, mutta laskelmat viittaavat siihen, että se tapahtuu edelleen kaukaisilla alueilla, jatkuvasti irrottaen uusia "normaaleja" aika-avaruuden taskuja kuten omamme. Jos tämä kuva pitää paikkansa, koko havaittava maailmankaikkeus on vain yksi kupla loputtomassa kiehuva meressä, ja voimme nähdä vain pienen osan kupusta, jossa olemme.

Tämä on todella outo johtopäätös: se tarkoittaa, että Iso Pauke ei ollut yksittäinen, kertakertainen tapahtuma, vaan jotain, joka tapahtuu jatkuvasti, jossain, ikuisesti – vain ei missään, mihin voimme tällä hetkellä osoittaa kaukoputkella.

Jos muita kuplamaalmankaikkeuksia on olemassa ja meidän kupla koskaan juoksi yhteen koskien, fyysikot päättelivät, törmäyksen olisi pitänyt jättää merkki kosmiseen mikroaaltotaustaan – Ison Paukan heikko jäännösväli, joka täyttää koko taivaan. Tämä idea johti yhteen harvoista todellisista yrityksistä testata multiverse-versiota havaintomaisesti sen sijaan, että vain keskustelisimme siitä filosofisesti.

Kaksi paperia ilmestyi kahdessa johtavassa fysiikan lehdessä, Physical Review Letters ja Physical Review D, esitellen ensimmäisen kerran todellisen menetelmän muiden maailmankaikkeuksien metsästykselle. Käsittelemällä 7 vuotta dataa NASAn WMAP-satelliitista, tiimi tuli ensimmäisellä ylärajalla kuinka monella törmäysmerkeillä voisi piiloutua jonnekin siihen taustasäteilyyn.

Tulos oli yksikään: tiedot sulkivat pois standardin kosmologisen mallin lisäämisen kuplatörmäyksellä ja kiinnittyivät keskimääräisen tunnistettavan luvun koko taivaan yli vähemmälle kuin 1,6, 68 prosentin varmuudella. Se ei ole todiste siitä, että muita maailmankaikkeuksia ei ole olemassa – vain se, että jos meidän kupla koskaan törmäsi naapuriin, WMAP-tiedot eivät osoita sitä selvästi. Tutkijat huomauttivat, että kuplamaalmankaikkeukset, jotka riittävän lähelle tulevat, voivat ja tekevät lyhyesti tarttua yhteen, kuten saippuakuplat tekevät, mikä on täsmälleen sellainen tapahtuma, jonka tämä etsintä rakennettiin vangitsemaan.

Erillinen, liittymätön väite syttyi lyhyesti keskustelu. Kosmisen mikroaaltotaustan spektriä tutkittuaan astrofyysikko Ranga-Ram Chary ilmoitti signaalista noin 4500 kertaa liian kirkas, tuolloin olemassa olleista protoneista ja elektroneista tiedettyjen lukujen perusteella.

Mikä teki anomaliasta mielenkiintoisen, oli sen muoto: se sopi paremmin kosmokseen, jossa ainehiukkasten ja fotonien välinen suhde liikkuu noin 65 kertaa omaan maailmankaikkeuksiin mitatun arvon yläpuolella – ei vain pieni tilastollinen värähtely, vaan epäsopu täysin eri joukosta fyysisiä vakioita. Chary arvioi, että todennäköisyys, että se oli yksinkertaisesti melua, oli 30 prosenttia, samalla kun hän antoi tilaa paljon dramaattisemmalle mahdollisuudelle: että naapurimaailmankaikkeus oli kaadetut joitain omia ainehiukkasensa omaan.

Chary oli varovainen yliarvioidakseen löydöksen, kirjoittaen, että niin epätavallisina vaatimuksina kuin vaihtoehtoisten maailmankaikkeuksien todisteet vaativat yhtä korkeaa näyttöä. Lähes vuosikymmen myöhemmin mikään jatkovalvonta-analyysi ei ole vahvistanut signaalia todellisiksi todistuksiksi omaa maailmankaikkeusta – muistutukseksi siitä, kuinka nopeasti kiinnostava poikkeama voi kadota, kun lisää dataa tulee.

Kaikki multiversumia koskenevat ideat eivät tule kosmologiasta. Kvanttimekaniikalla on oma versio, syntynyt palapelissä siitä, mitä tapahtuu mittauksen tehtäessä. Fyysikko Hugh Everett ehdotti vuonna 1957, että jokainen mahdollinen kvanttiaan tapahtuman seuraamus toteutuu todellisuudessa, kukin omassa todellisuuden haarautuneessa versiossaan – runko, jota nyt yleensä kutsutaan monien maailmojen tulkinnaksi, vaikka jotkut fyysikot viittaavat edelleen sen vanhempiin nimiin, suhteellisen tilan formulaation ja Everettin tulkinnaksi.

Sen sijaan että yksi tarina kehittyy, Everettin kuva kuvaa jatkuvasti haarautuvaa todellisuuksien puuta, jokainen versio yhtä todellinen havainnoitsijalle sen sisällä. Se on edelleen yksi kvanttiteorian kiistellyimmistä tulkinnoista juuri siksi, että sitä ei voi testata suoraan – muut haarat ovat rakentamisen perusteella ikuisesti saavuttamattomissa.

Jos multiverse todella tuottaa lukemattomia maailmankaikkeuksia eri fyysisillä vakioilla, se herättää ilmeisen kysymyksen: miksi omamme sattuu olemaan oikeat vakiot, jotta tähdet, planeetat ja kemia ovat olemassa ollenkaan? Yksi yleinen vastaus nojaa niin kutsuttuun antropiseen periaatteeseen – perusteluun, ettei meidän pitäisi yllättyä, kun löydämme itsemme maailmankaikkeudesta, joka kykenee tukemaan sellaista elämää, joka voi esittää kysymyksen ensinnä, kuinka harvinaista tällainen maailmankaikkeus voisikin olla kaikkien mahdollisten joukossa.

Itse lause on nuorempi kuin voi odottaa: se ilmestyi ensin fyysikon Brandon Carterin panokseen vuoden 1973 symposiumiin Krakova, yli vuosikymmen sen jälkeen, kun taustalla oleva idea oli jo kellottelu kosmologiassa. Sittemmin siitä on tullut yksi eniten lainattu ja eniten kiistelty multiversumiin liittyvä käsite – tapa selittää omaa olemassaolemme ilman, että joku olisi tahallaan virittänyt maailmankaikkeuden meille.

Mitään tästä ei ratkaise, ovatko muut maailmankaikkeukset todellisia. Mitä se osoittaa, on, että multiverse on liikkunut, kuinka hitaasti tahansa, keskiaikaisen argumentin jumalallisen voiman rajoituksista testattavien ennusteiden sarjaksi heikosta taivaankuvioista – vaikka tähän mennessä nämä testit palautuvat edelleen ilman selkeää signaalia.

• Long Live the Multiverse! | Scientific American
• The Case for Parallel Universes | Scientific American
• Is our universe inside a bubble? First observational test of the 'multiverse' | ScienceDaily
• First Observational Tests of Eternal Inflation (arXiv)
• Cosmologist thinks a strange signal may be evidence of a parallel universe | phys.org
• Wikipedia: Multiverse
• Wikipedia: Many-worlds interpretation
• Wikipedia: Anthropic principle