Multiwersum: Idea, którą było kiedyś niebezpieczne zaprzeczać

W 1277 roku biskupem paryskim ogłoszono, że każdy uczony nauczający tam, który twierdził, że może istnieć tylko jeden wszechświat, ryzykował ekskomuniką – ponieważ to stwierdzenie zaprzeczało Bogu mocy tworzenia tylu światów, ile sobie życzył. Stulecia przed teleskopami lub satelitami multiwersum było już wystarczająco poważnym tematem, aby grozi karierom.

Dzisiaj multiwersum jest rzeczywistym, choć spornym polem fizyki: rodziną idei o tym, dlaczego nasz wszechświat może nie być jedynym, zbudowaną na teorii inflacji, mechanice kwantowej i poszukiwaniach słabych wzorów w najstarszym świetle na niebie. Nic z tego nie jest nauką uznaną, a niektórzy z najgłośniejszych krytyków sami się fizykami. Ale historia tego, jak idea tutaj dotarła i co ludzie faktycznie próbowali testować, jest dziwniejsza niż większość science fiction.

Pojęcie, że rzeczywistość mogłaby zawierać więcej niż jeden wszechświat, nie jest wynalazkiem współczesnym. Sięga tych samych starożytnych greckich myślicieli, którzy najpierw zaproponowali istnienie atomów – argumentując, że jeśli materia mogłaby być zbudowana z niepodzielnych kawałków rozrzuconych przez nieskończoną przestrzeń, nie było oczywistego powodu, aby ta przestrzeń zawierała tylko jeden kosmos.

Nie wszyscy się zgadzali. Arystoteles energicznie zaprotestował, nalegając, że sama logika wymagała jednego wszechświata i nic więcej. Jego argument utrzymał się przez ponad tysiąc lat, kształtując myślenie zachodnie tak głęboko, że w średniowieczu stało się prawie oficjalną doktryną – aż kościół sam zdecydował inaczej. Ogłoszenie biskupa Paryża z 1277 roku całkowicie odwróciło scenariusz: nagle wizja Arystotelesa jednego wszechświata była ryzykowną pozycją do obrony, ponieważ wydawało się, że ogranicza boską moc.

Termin „multiwersum" sam poprzedza nowoczesną debatę naukową o dziesięciolecia. To był amerykański filozof i psycholog William James, który po raz pierwszy użył tego słowa w 1895 roku – choć miał na myśli coś zupełnie innego niż wszechświaty bąbelkowe lub kwantowe gałęzie. Fizyka nie dogoniłaby słownictwa przez większość wieku.

Nowoczesne teorie multiwersmu wywodzą się głównie z inflacji: koncepcji, że młody wszechświat przeszedł wybuch niezwykle szybkiej ekspansji, opracowany przez fizyków Alana Gutha i Andrieja Lindego, między innymi, krótko po 1980 roku. Ten jeden pomysł zmienił sposób, w jaki fizycy wyobrażają sobie pierwsze chwile po Wielkim Wybuchu.

Oto część, która prowadzi bezpośrednio do multiwersmu: inflacja nie musi kończyć się wszędzie jednocześnie. W naszym własnym sąsiedztwie kosmicznym skończyła się 13,7 miliarda lat temu, ale obliczenia sugerują, że wciąż ma miejsce w odległych regionach, stale odrywając nowe „normalne" kieszenie czasoprzestrzeni takie jak nasza. Jeśli ten obraz się utrzyma, to cały obserwowalny wszechświat jest tylko jednym bąbelkiem w nieskończonym kipiacym morzu, i możemy widzieć tylko małą część bąbelka, w którym się znaleźliśmy.

To naprawdę dziwna implikacja: oznacza, że Wielki Wybuch nie był zdarzeniem jednorazowym, ale czymś, co dzieje się wciąż, gdzieś, na zawsze – tylko nie w żadnym miejscu, gdzie moglibyśmy teraz skierować teleskop.

Jeśli inne wszechświaty bąbelkowe istnieją i nasz bąbelek kiedyś się zetknął, myśleli fizycy, kolizja powinna zostawić ślad na kosmicznym tle mikrofal – słabym blasku Wielkiego Wybuchu, który wypełnia całe niebo. Ta idea doprowadziła do jednej z niewielu rzeczywistych prób testowania multiwersmu obserwacyjnie, zamiast tylko filozoficznie go omawiać.

Dwa artykuły pojawiły się w dwóch wiodących czasopismach fizyki, Physical Review Letters i Physical Review D, przedstawiając po raz pierwszy rzeczywistą metodę polowania na inne wszechświaty. Przetwarzając 7 lat danych z satelity WMAP NASA, zespół wymyślił pierwszy limit tego, ile znaków kolizji mogłoby się ukrywać gdzieś w tym tle promieniowania.

Wynikiem była stanowcza liczba zero: dane wykluczyły wzbogacenie standardowego modelu kosmologicznego kolizjami bąbelków i ustaliły średnią liczbę do wykrycia na całym niebie na mniej niż 1,6, z 68% pewnością. To nie dowód, że inne wszechświaty nie istnieją – tylko że jeśli nasz bąbelek kiedyś zderzył się z sąsiadem, dane WMAP tego wyraźnie nie pokazują. Naukowcy zauważyli, że wszechświaty bąbelkowe, które dostatecznie się zbliżą, mogą i krótko się sklejać, jak robią to bąbelki mydła, czyli dokładnie ten rodzaj zdarzenia, które to wyszukiwanie było przeznaczone do przechwycenia.

Oddzielne, niezwiązane roszczenie na krótko znowu rozwidziło debatę. Po przeszukaniu spektrum kosmicznego tła mikrofalowego, astrofizyk Ranga-Ram Chary zgłosił sygnał około 4500 razy zbyt jasny, zgodnie ze znanymi liczbami protonów i elektronów, które miały istnieć w najwcześniejszych dniach wszechświata.

To, co czyniło anomalię interesującą, to jej kształt: lepiej pasowała do kosmosu, gdzie stosunek cząstek materii do fotonów wynosi około 65 razy wyżej niż wartość zmierzona w naszym wszechświecie – nie tylko mała fluktuacja statystyczna, ale niezgodność z zupełnie innym zestawem stałych fizycznych. Chary oszacował szanse, że to był tylko szum na poziomie 30%, jednocześnie dopuszczając znacznie bardziej dramatyczną możliwość: że sąsiedni wszechświat wylał niektóre ze swoich własnych cząstek materii do naszego.

Chary był ostrożny, aby nie przesadzić odkrycia, pisząc, że twierdzenia tak niezwykłe jak dowód alternatywnych wszechświatów wymagają równie wysokiego standardu dowodu. Prawie dekadę później żadna analiza śledzenia nie potwierdziła sygnału jako autentycznego dowodu czegoś poza naszym wszechświatem – przypomnienie tego, jak szybko fascynująca anomalia może zaniknąć, gdy pojawią się więcej danych.

Nie wszystkie pomysły multiwersumu pochodzą z kosmologii. Mechanika kwantowa ma swoją własną wersję, urodzoną z zagadki tego, co się dzieje, gdy wykonane jest pomiar. Fizyk Hugh Everett zaproponował w 1957 roku, że każdy możliwy wynik zdarzenia kwantowego faktycznie się dzieje, każdy we własnej rozgałęzionej wersji rzeczywistości – ramy, zwane teraz zwykle interpretacją wielu światów, chociaż niektórzy fizycy wciąż odwołują się do jego starszych nazw, sformułowaniem stanu względnego i interpretacją Everetta.

Zamiast jednej opowieści, która się rozwijająca, obraz Everetta opisuje stale rozsadowy drzewo rzeczywistości, przy czym każda wersja jest równie rzeczywista dla obserwatorów w jej wnętrzu. Pozostaje jedną z najbardziej dyskutowanych interpretacji teorii kwantowej, właśnie dlatego, że nie może być bezpośrednio testowana – inne gałęzie są, z konstrukcji, na zawsze poza zasięgiem.

Jeśli multiwersum naprawdę produkuje niezliczone wszechświaty z różnymi stałymi fizycznymi, pojawia się oczywiste pytanie: dlaczego nasz przypadkowo ma właściwe stałe, aby gwiazdy, planety i chemia w ogóle istniały? Powszechna odpowiedź opiera się na tzw. zasadzie antropicznej – rozumowaniu, że nie powinniśmy być zaskoczeni znalezieniem się we wszechświecie zdolnym do wspierania rodzaju życia, które może zadać pytanie w pierwszej kolejności, bez względu na to, jak rzadko taki wszechświat mógłby być wśród wszystkich możliwych.

Samo wyrażenie jest młodsze, niż mogłoby się wydawać: pojawiło się po raz pierwszy w wkładzie fizyka Brandona Cartera na sympozjum w 1973 roku w Krakowie, ponad dekadę po tym, jak idea podstawowa już krążyła w kosmologii. Od tego czasu stało się jednym z najczęściej cytowanych i najczęściej dyskutowanych koncepcji związanych z multiwersem – sposobem wyjaśnienia naszego własnego istnienia bez konieczności, aby ktoś umyślnie dostroił dla nas wszechświat.

Żaden z tego nie rozstrzyga, czy inne wszechświaty są rzeczywiste. To, co pokazuje, to że multiwersum, bez względu na powoli, przesunęło się od średniowiecznego argumentu o granicach mocy bożej do zestawu testowanych przewidywań słabych wzorów na niebie – nawet jeśli te testy dotychczas wracają bez żadnego jasnego sygnału.

• 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