"Det mest obegripliga i universum är att det är förståeligt", sa Albert Einstein en gång. Idag kan dock universum knappast kallas förståeligt eller ens unikt. Grundläggande fysik är i kris med två populära begrepp som ofta kallas "multiverse" och "stygg", som bokstavligen står för "multipel universum" och "ful universum".
Hur fungerar universum?
Förespråkare för ett flertal universum försvarar idén om att det finns otaliga andra universum, av vilka några har helt annan fysik och antalet rumsliga dimensioner; i dessa universum kan du, jag och alla andra existera som otaliga kopior. "Multiversen kan vara den farligaste idén i fysiken", säger den sydafrikanska kosmologen George Ellis.
Från de första vetenskapens dagar ledde upptäckten av en osannolik tillfällighet till behovet av att förklara det, att leta efter en dold orsak och motiv. Moderna exempel inkluderar detta: fysiklagarna verkar vara finjusterade för att låta intelligenta varelser upptäcka dessa lagar - ett tillfälle som behöver förklaras.
Med tillkomsten av multiversen har allt förändrats: oavsett hur otroligt slumpen, i de miljarder miljarder universum som utgör multiversen, åtminstone någonstans - det kommer att vara. Och om tillfällighet verkar gynna uppkomsten av komplexa strukturer, liv eller medvetande, borde vi inte ens bli förvånade över att vi befinner oss i ett universum som tillåter oss att existera i första hand. Men detta "antropiska resonemang" innebär i sin tur att vi inte kan förutsäga något. Det finns inga uppenbara principer för CERN-fysiker att söka efter nya partiklar. Och det finns ingen grundläggande lag som finns bakom universums slumpmässiga egenskaper.
Ett annat problem har blivit helt annorlunda, men inte mindre farligt - det "fula universum". Enligt teoretisk fysiker Sabina Hossenfelder blev modern fysik förbryllad av sin attraktion till det "vackra", vilket ledde till uppkomsten av matematiskt eleganta, spekulativa fantasier utan anknytning till experiment. Fysiker är "förlorade i matematik", säger hon. Och vad fysiker kallar "skönhet" är strukturer och symmetrier. Om vi inte längre kan lita på sådana begrepp, kommer skillnaden mellan förståelse och att helt enkelt överensstämma med experimentella data suddiga.
Båda problemen har sina rötter.”Varför gör inte naturlagarna en jävla vad jag tycker är vackert?” Frågar Hossenfelder med rätta. Och svaret är: de bryr sig inte. Naturligtvis kan naturen vara komplex, förvirrande och obegriplig - om den var klassisk. Men naturen är inte så. Naturen är kvantmekanisk. Och även om klassisk fysik är vetenskapen i vårt dagliga liv, där objekt är separerbara från varandra, är kvantmekaniken annorlunda. Villkoret för din bil är inte relaterat till färgen på din fru klänning. Men i kvantmekanik är alla saker kausalt relaterade till varandra, som Einstein kallade "spöklik handling på avstånd." Sådana korrelationer utgör struktur och strukturen är vacker.
Kampanjvideo:
Däremot verkar mångfaldet svårt att förneka. Särskilt kvantmekanik behandlar det väl. Avfyra av enskilda elektroner till en skärm med två slitsar resulterar i ett interferensmönster på detektorn bakom skärmen. I båda fallen visar det sig att elektronen passerar båda slitsarna varje gång.
Kvantefysik är vetenskapen bakom kärnkraftsexplosioner, smartphones och partikelkollisioner - och det är känt för sina konstiga, som Schrödingers katt som är upphängd mellan liv och död. I kvantmekanik kan olika verkligheter överlappa varandra (som "partikel här" och "partikel där" eller "katt lever" och "katt är död"), som vågor på ytan av en sjö. Partiklarna kan vara hälften här och hälften där. Detta kallas superposition, och det är detta som leder till uppkomsten av interferensmönstret.
Ursprungligen utvecklad för att beskriva den mikroskopiska världen har kvantmekanik visat de senaste åren att den styr allt större objekt så länge de är tillräckligt isolerade från miljön. Men av någon anledning är vårt dagliga liv på något sätt skyddat från alltför många kvantliga konstigheter. Ingen har någonsin sett en halvdöd katt, och när du mäter partikelns position får du ett visst resultat.
Direkt tolkning förutsätter att alla möjliga alternativ realiseras, om än i olika men parallella verkligheter av "Everett-grenar" - uppkallad efter Hugh Everett, som först förespråkade denna synvinkel, känd som kvantmekanikens många världar. Everetts "många världar" representerar faktiskt bara ett exempel på en mångfald - en av fyra. De andra två är mindre intressanta, och den tredje är "strängteorilandskapet" till vilket vi kommer tillbaka senare.
Genom att använda kvantmekanik för att motivera fysikens skönhet verkar vi offra universitetets unika. Denna slutsats ligger dock bara på ytan. Det som vanligtvis förbises i en sådan bild är att Everetts mångfald inte är grundläggande. Det är bara uppenbart eller "framträdande", som filosofen David Wallace vid University of South California uttrycker det.
För att förstå denna punkt måste du förstå principen som ligger till grund för både kvantmätningar, såväl som "kusliga åtgärder på avstånd." Nyckeln till båda fenomenen är begreppet "förfiltring", som påpekades 1935 av Einstein, Boris Podolsky och Nathaniel Rosen: i kvantmekanik kan ett system av två sammanfiltrade snurr med nollsum bestå av en superposition av par av snurr med motsatta rotationsriktningar med absolut osäkerhet i rotationsriktningarna för enskilda snurrar. Förvirring är ett naturligt sätt att kombinera delar till en helhet; beståndsdelarnas enskilda egenskaper upphör att existera till förmån för ett starkt bundet allmänt system.
Varje gång ett kvantsystem mäts eller associeras med miljön, spelar sammankoppling en viktig roll: kvantsystemet, observatören och resten av universum sammanflätas. Ur en lokal observatörs synvinkel sprids informationen i en okänd miljö och processen med "decoherence" börjar. Decoherence är ett klassiskt medel: den beskriver förlusten av kvantegenskaper när ett kvantsystem interagerar med dess omgivning. Decoherence fungerar som en blixtlås mellan kvantfysikens parallella verkligheter. Ur observatörens synvinkel "delas" universum upp i separata grenar av Everett. Observatören observerar en levande katt eller en död katt, men inget däremellan. För honom verkar världen vara klassisk, även om den ur en global synvinkel fortfarande är kvantmekanisk. Faktiskt,ur denna synvinkel är hela universumet ett kvantobjekt.
Kvantmonism
Och här bygger vi på det mest intressanta begreppet "kvantmonism" som föreslogs av filosofen Jonathan Schaffer. Shaffer funderade över frågan om vad universum består av. Enligt kvantmonism består det faktiska grundskiktet av verkligheten inte av partiklar eller strängar, utan av universumet självt, inte förstått som summan av dess beståndsdelar, utan snarare som ett enda intrasslat kvanttillstånd.
Liknande tankar har tidigare uttryckts, till exempel av fysikern och filosofen Karl Friedrich von Weizsacker: Att ta kvantmekanik på allvar förutsäger en unik, enhetlig kvantverklighet som ligger till grund för mångfalden. Homogeniteten och små fluktuationer i temperaturen på den kosmiska mikrovågsbakgrunden, som indikerar att det observerbara universum kan spåras tillbaka till ett enda kvanttillstånd, vanligtvis förknippat med kvantfältet av primordial inflation, stödjer denna åsikt.
Dessutom sträcker sig denna slutsats till andra multiverkskoncept. Eftersom intrassling är universell är den inte begränsad till vår kosmiska bubbla. Oavsett vilken mångfald det är, om du omfamnar kvantmonism, kommer allt att vara en del av en enda helhet: det kommer alltid att finnas ett mer grundläggande verklighetsskikt som ligger bakom mångfalden av universum i multiversen, och detta lager kommer att vara unikt.
Både kvantmonism och Everetts tolkning av många världar är förutsägelser av kvantmekanik. De utmärks endast genom perspektiv: vad, ur en lokal observatörs synvinkel, kommer att se ut som "många världar", i verkligheten representerar ett enda unikt universum ur en global synvinkel (till exempel en varelse som kan se hela universum utanför).
Med andra ord är många världar kvantmonism genom en observatörs ögon med begränsad information om universum. I själva verket var Everetts ursprungliga motivation att utveckla en kvantbeskrivning av hela universum i termer av en "universell vågfunktion." Titta på det som genom ett molnigt fönster: naturen är uppdelad i många delar, men detta är bara en snedvridning av perspektivet.
Monism och flera världar kan undvikas, men bara om någon ändrar kvantmekanikens formalism - vanligtvis i konflikt med Einsteins speciella relativitetsteori - eller någon presenterar kvantmekanik inte som en teori om vetenskap, utan som om kunskap: mänskliga idéer, men inte vetenskap.
I sin nuvarande form bör kvantmonism ses som ett nyckelbegrepp i modern fysik: det förklarar varför "skönhet", uppfattad som struktur, korrelation och symmetri mellan externt oberoende natursfärer, inte är ett förvrängd estetiskt ideal, utan en konsekvens av att naturen splittas från en enda kvanttillstånd. Vidare undviker kvantmonism också behovet av ett mångfaldigt universum, eftersom det förutsäger korrelationer realiserade inte bara i ett enskilt född universum, utan i en enskild gren av multiversen.
Slutligen skulle kvantmonism kunna lösa krisen i experimentell grundfysik, som förlitar sig på allt större kolliderar för att studera allt mindre beståndsdelar i naturen. Eftersom de minsta komponenterna inte kommer att vara det grundläggande lagret av verkligheten. Att studera grunderna i kvantmekanik, nya områden i kvantfältteorin eller de största strukturerna inom kosmologi kan vara lika givande.
Allt detta innebär att vi inte får sluta söka. I slutändan kan denna önskan inte tas bort från oss. Någonstans djupt nedanför finns det en unik, förståelig och grundläggande verklighet.
Ilya Khel
