Czy kosmolodzy stracili rozum w wieloświecie?

Teoria wieloświata głosi, że nasz wszechświat jest tylko jednym z ogromnego, różnorodnego zespołu innych wszechświatów. Nie wiemy, ile jest wszechświatów w wieloświecie, ale szacunki sugerują, że jest ich niewyobrażalnie wiele. Nawet jeśli wieloświat obiektywnie, to od początku naszego wszechświata nie było wystarczająco dużo czasu, aby światło z tych innych wszechświatów do nas dotarło. Wszechświaty te poza naszym kosmicznym horyzontem, a zatem w zasadzie są nieobserwowalne.

Jak więc kosmolodzy mogą mówić, że pewne dokonane w 2014 roku obserwacje przyniosły dowody na istnienie Wieloświata.

No cóż, nieobserwowalne byty niekoniecznie są poza zasięgiem nauki. Na przykład protony i neutrony zbudowane są z cząstek subatomowych zwanych kwarkami. Chociaż nie można ich bezpośrednio zaobserwować, ich istnienie i właściwości są wywnioskowane ze sposobu, w jaki zachowują się złożone z nich cząstki po zderzeniu.

Ale w Wieloświecie nie ma takiego luksusu. Żadne sygnały z innych wszechświatów nie są rejestrowane przez teleskopy.

Chociaż toczy się debata na temat tego, co tak naprawdę składa się na teorię naukową, powinniśmy przynajmniej zapytać, czy teoria wieloświata jest testowalna? Czy teoria dostarcza pewnych przewidywań, które możemy przetestować w laboratorium lub za pomocą naszych teleskopów?

Odpowiedź brzmi tak, ale prawdopodnie nie tak, jak można by się spodziewać. Badanie teorii wieloświata wiąże się z bardzo złożonymi i bardzo kontrowersyjnymi pomysłami.

Jeśli teoria wieloświata generuje swoje wszechświaty poprzez jakiś fizyczny proces, to ten proces może pozostawić swoje odciski palców w naszym wszechświecie. Odciski takie zostały zauważone w promieniowaniu tła jako jego zawirowania.

Kosmolodzy sądzą, że w swoich najwcześniejszych stadiach wszechświat przeszedł niezwykle szybką ekspansję, zwaną inflacją. W wielu wersjach inflacji fale grawitacyjne pozostawiają ślady w promieniowaniu, obserwowane jako charakterystyczne zawirowania.

W niektórych wersjach inflacji oczekuje się, że proces, który powoduje nadmuchanie naszego wszechświata, wytworzy ogromną liczbę innych wszechświatów. Dowody na inflację nie są bezpośrednimi dowodami na istnienie wieloświata, ale to dopiero początek.

Nie widzimy tworzenia innych wszechświatów, ale jeśli mamy dowody na istnienie fizyki, która napędza kreację wszechświata, to mamy kolejny element układanki.

W szczególności, teoria wieloświata, która wymaga tylko dobrze przetestowanej fizyki, takiej jak grawitacja i pola kwantowe, jest lepsza niż taka, która wymaga nowej fizyki lub wymaga ekstrapolacji znanej fizyki na sytuacje, w których spodziewamy się, że się załamią.

Niestety część fizyki leżącej u podstaw inflacji jest znana, część jest hipotetyczna, a niektórzy martwią się, że zbliża się ona do grawitacji kwantowej, w której załamują się wszystkie testowane teorie fizyczne.

Pomyślmy o przewidywaniu na prostym przykładzie. Alicja przewiduje, że pewna fabryka produkuje 99% czerwonych widżetów, 1% niebieskich. Bob przewiduje coś przeciwnego: 99% niebieskiego i 1% czerwonego.

Z fabryki przychodzi paczka i otwierają ją, by znaleźć czerwony widżet – czyja teoria jest słuszna? Żadna z teorii nie jest z pewnością fałszywa, ale dowody wyraźnie faworyzują Alice.

Teoria wieloświatów (z definicji) przewiduje statystyczne właściwości jej wszechświatów. Możemy wtedy zapytać, czy nasz wszechświat jest tym rodzajem wszechświata, którego można by oczekiwać.

Im bardziej niezwykły jest nasz wszechświat, tym bardziej prawdopodobne jest, że inna teoria multiświata lepiej wyjaśniałaby nasz wszechświat. A jeśli nasz wszechświat jest zbyt dziwny dla większości teorii wieloświatów, to cała idea wieloświata staje pod znakiem zapytania.

Należy zatem zadać pytanie: jak typowy jest nasz wszechświat we zbiorze możliwych wszechświatów?

Jest własciwość określająca niezwykłość naszego wszechświata – to życie. Gdyby nasze prawa natury różniły się tylko nieznacznie, nasz wszechświat wyglądałby i zachowywał się zupełnie inaczej: atomy rozpadłyby się lub wszechświat rozszerzałby się tak szybko, że gwiazdy i galaktyki nie mogłyby powstać.

Większość kosmologicznych scenariuszy pozostawiłaby nasz wszechświat martwy jak kamień, pozbawiony życia.

Multiświat może sobie z tym poradzić. Prawdopodobieństwo zaobserwowania określonego typu wszechświata zależy od tego, czy wszechświat jako pierwszy stworzył obserwatorów. Nie jesteśmy tylko biernymi obserwatorami, konfigurującymi nasz sprzęt i dokonującymi pomiarów wszechświata w wolnym czasie. Jesteśmy produktami tego wszechświata.

Chociaż wszechświaty z obserwatorami mogą być bardzo niezwykłe w całym multiświecie, to oczywiście będą one normą dla obserwowanych wszechświatów.

Przyjęliśmy, że najbardziej prawdopodobnym sposobem, w jaki Wszechświat może stworzyć obserwatorów, są odpowiednie prawa fizyki i ewolucja biologiczna, tak jak w naszym wszechświecie. Taki wszechświat jest prawdopodobnie niezwykle niezwykły w multiwszechświecie. Ale co by było, gdyby jakikolwiek stary wszechświat przypadkowo wykreował obserwatorów?

Mechanika kwantowa, przecież przewiduje, że istnieje niezwykle małe prawdopodobieństwo, że w pełni uformowany mózg spontanicznie wyskoczy z „pustej” przestrzeni. Mając wystarczająco dużo czasu i przestrzeni, w końcu nastąpi to niezwykle małoprawdopodobne wydarzenie.

Chociaż tacy dziwaczni obserwatorzy, znani jako mózgi Boltzmanna, mieliby ogromną przewagę liczebną wśród obserwatorów biologicznych w naszym wszechświecie, mogliby być powszechni w prawie nieskończonym czasie i przestrzeni całego multiwersu.

W takim przypadku fakt, że nie jesteśmy tego rodzaju obserwatorami, jest argumentem przeciwko teorii wieloświata, która mówi, że powinniśmy oczekiwać, że nie będziemy dziwacznymi obserwatorami.

W tej chwili w tej historii jest zbyt wiele „jeśli” i „może”.

Obserwacje nie sprzyjają wyłącznie inflacji, chociaż wyniki BICEP2 są imponującym krokiem w tym kierunku. Jest kwestią pewnej debaty, czy inflacja w naturalny sposób generuje wieloświat.

Co więcej, wiele teorii wieloświata ma trudności z przewidzeniem czegokolwiek, więc wyraźnie jest o wiele więcej do zrobienia. Postulowanie wieloświata nie jest, jak twierdzą niektórzy, końcem nauki. To może być początek największej naukowej przygody ludzkości.