MultiversObservaţiile recente anunţate de colaborarea BICEP2 (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarisation), adică identificarea modului B de polarizare a radiaţiei cosmice de fond, au generat reacţii din cele mai diverse, de la afirmarea faptului că acestea ar reprezenta o dovadă a Big Bangului şi a undelor gravitaţionale până la afirmaţia că acestea ar fi o dovadă a existenţei multiversului.

 

 

Teoria multiversului afirmă că universul nostru este doar unul dintr-o mulţime de universuri foarte diferite între ele. Nu ştim cât de multe universuri ar putea exista, dar estimările oamenilor de ştiinţă de până acum sugerează că ar putea exista un număr de 10^10^16 universuri (n.t. conform http://www.technologyreview.com/view/415747/physicists-calculate-number-of-universes-in-the-multiverse/).

multivers
Dacă există un multivers îl putem vedea? Credit: Flickr/Maciek Bielec, CC BY-NC-SA.


Se crede că dacă acestea chiar există cu adevărat nu a existat un timp suficient de la apariţia universului nostru şi până în prezent pentru ca lumina de la aceste alte universuri să ajungă la noi. Ele se află dincolo de orizontul nostru cosmic şi, în consecinţă, sunt practic inobservabile.

Şi atunci de ce afirmă cosmologii că au identificat dovezi privind existenţa acestora?


Privind inobservabilul

Entităţile inobservabile nu sunt neapărat în afara domeniului de cercetare al ştiinţei. De exemplu, protonii şi neutronii sunt compuşi din particule subatomice denumite quarcuri. Deşi acestea nu pot fi observate în mod direct, existenţa şi proprietăţile lor au putut fi deduse din modul în care se dezintegrează particulele din care fac parte atunci când acestea sunt ciocnite între ele.

În cazul multiversului nu avem această şansă. Niciun semnal ce provine de la un alt univers nu va putea fi observat vreodată prin intermediul telescoapelor noastre.

Deşi încă există dezbateri în legătură cu ce reprezintă de fapt o teorie ştiinţifică, ar trebui să ne întrebăm cel puţin dacă teoria multiversului este testabilă? Face ea previziuni pe care le putem verifica într-un laborator sau cu ajutorul telescoapelor noastre?

Răspunsul este da, dar, probabil, nu aşa cum vă aşteptaţi. Explorarea teoriei multiversului implică unele idei foarte complexe şi foarte controversate.


Un indicator al generatorului de universuri


Dacă multiversul generează noi universuri, aşa cum susţine teoria, prin intermediul unui proces fizic atunci acest proces şi-ar fi putut lăsa amprenta asupra acestui univers. Este ceea ce colaborarea BICEP2 ar fi putut observa.

Cosmologii cred că Universul ar fi suferit o expansiune extraordinar de rapidă într-o etapă timpurie din evoluţia sa care este cunoscută sub numele de inflaţie. În multe versiuni teoretice ale inflaţiei se crede că undele gravitaţionale şi-au lăsat amprenta în radiaţiile remanente şi acestea ar fi fost observate recent în modul de polarizare a acestora sub forma unor modele răsucite. Acestea ar constitui o predicţie de succes a inflaţiei.

În unele versiuni ale inflaţiei se crede că procesul fizic care a determinat ca universul nostru să treacă printr-o fază de inflaţie a generat la rândul său un număr mare de alte universuri. Dovezile pentru inflaţie nu reprezintă dovezi directe pentru existenţa multiversului, dar ele sunt importante în această direcţie.

LC-130

O aeronavă LC-130 zburând în apropiere de staţia NSF (n.t. National Science Foundation) de la Polul Sud. Aceasta adăposteşte telescopul BICEP2 (centru). Credit: Steffen Richter, Harvard University, CC BY.

Un generator cunoscut de universuri

Nu putem vedea cum sunt generate alte universuri, dar dacă avem dovezi pentru un proces fizic care se manifestă ca un generator de universuri atunci mai avem o piesă din acest puzzle.

O teorie a multiversului care necesită doar o verificare a gravitaţiei şi a câmpurilor cuantice este de preferat uneia care necesită introducerea unor noi principii în fizică sau extrapolarea legilor cunoscute din fizică în cazul unor situaţii în care ne aşteptăm ca acestea să nu se mai poată aplica.

În ceea ce priveşte inflaţia cosmică, putem spune că o parte dintre principiile fizice care ar sta la baza ei sunt cunoscute, altele sunt ipotetice, iar altele sunt în legătură cu gravitaţia cuantică, acolo unde toate teoriile fizice testate nu mai pot fi aplicate.

Observarea Universului în ansamblu

Să ne gândim puţin la ce reprezintă predicţia printr-un exemplu simplu. Alice prezice că obiectele produse de o anumită fabrică sunt 99% roşii şi 1% albastre. Bob prezice opusul: 99% dintre obiecte sunt albastre şi 1% sunt roşii.

Un pachet soseşte de la acea fabrică şi după deschiderea acestuia se constată că în interior există un produs de culoare roşie. Care teorie este corectă? Cu siguranţă nicio teorie nu este falsă, dar dovada este în mod clar în favoarea lui Alice.

O teorie a multiversului va anticipa (prin definiţie) proprietăţile statistice ale universurilor sale. În continuare ne putem întreba dacă universul nostru este similar cu universul pe care ne aşteptăm să-l observăm.

Cu cât este mai neobişnuit universul nostru, cu atât mai probabil este că o teorie diferită a multiversului ar putea explica mai bine universul studiat. Dacă universul nostru este mult prea ciudat pentru marea majoritate a teoriilor multiversului, atunci însăşi ideea de multivers ar trebui pusă sub semnul întrebării.

În consecinţă ne putem întreba: cât de obişnuit este universul nostru dintr-o mulţime de universuri posibile?

Există o caracteristică prin care universul nostru este foarte neobişnuit: el conţine viaţă. Dacă legile naturii ar fi fost doar puţin diferite faţă de cele din universul nostru, atunci acesta ar fi arătat şi s-ar fi comportat foarte diferit: atomii s-ar fi descompus sau Universul s-ar fi extins atât de rapid încât stelele şi galaxiile nu s-ar mai fi putut forma.

Cele mai multe scenarii cosmologice ar fi condus la un univers lipsit de viaţă (aşa cum se explică în cadrul clipului video de mai jos).

Probabilitatea de a observa un anumit tip de univers este condiţionată de faptul dacă în universul respectiv există observatori. Noi nu suntem doar nişte observatori pasivi ce ne reglăm instrumentele astronomice şi efectuăm măsurători ale universului în timpul nostru liber. Suntem cu toţii creaţii ale acestui univers.



Universurile ce conţin observatori ar putea fi neobişnuite în cadrul multiversului, dar ele ar fi, în mod evident, ceva normal printre universurile observate. În consecinţă, existenţa vieţii din universul nostru ar putea fi considerată o predicţie de succes a multiversului. O predicţie bazată mai degrabă pe considerente de logică decât pe factorul numit timp.

Răzbunarea creierelor Boltzmann

Am presupus că cea mai probabilă cale pentru ca într-un univers să apară observatori este prin legi adecvate şi evoluţie biologică, ca în universul nostru. Un astfel de univers este probabil extrem de neobişnuit în multivers. Dar ce-ar fi dacă în orice univers vechi ar exista totuşi câţiva observatori?

Mecanica cuantică, adică aceeaşi fizică prin care sunt prezise fluctuaţiile inflaţioniste din radiaţia cosmică de fond care au fost observate de BICEP2, prezice şi faptul că există o probabilitate extrem de mică să apară în mod spontan creiere din spaţiul „gol". Conform acesteia, dacă ar exista timpul şi spaţiul necesare, un astfel de eveniment improbabil poate avea loc.

Deşi aceşti observatori ciudaţi, cunoscuţi sub numele de creiere Boltzmann, ar fi depăşiţi numeric de observatorii biologici din universul nostru, ei ar putea fi nişte apariţii obişnuite în cadrul multiversului.

În acest caz, deoarece noi nu suntem astfel de observatori şi totuşi vedem un produs de culoare roşie, aceasta reprezintă o dovadă împotriva teoriei multiversului care spune că trebuie să ne aşteptăm să fim observatori neobişnuiţi. Teoria multiversului nu este doar testabilă, dar ea s-ar putea dovedi greşită.

Prea mulţi de „dacă"

În acest moment există prea mulţi de „dacă" în această poveste.

Observaţiile nu confirmă în mod unic inflaţia, deşi rezultatele obţinute de colaborarea BICEP2 reprezintă un impresionant pas înainte în această direcţie. Este necesară o dezbatere pe tema cu privire la posibilitatea ca inflaţia să genereze în mod natural un multivers.

Mai mult, diversele teorii ale multiversului încă încearcă să prezică ceva ce poate fi observat, astfel încât mai sunt multe de făcut în această privinţă.

Postularea existenţei multiversului nu este, aşa cum au susţinut unii, sfârşitul ştiinţei. Acesta ar putea fi începutul celei mai mari aventuri ştiinţifice.



Traducere de Cristian-George Podariu după cosmologists-lost-minds-multiverse, cu acordul Phys.org.