Universum är där det alltid var och alltid kommer att vara. Åtminstone det är vad vi fick höra och så följer själva ordet "Universum". Men oavsett universums sanna natur, är vår förmåga att samla information om det i grund och botten begränsad. 13,8 miljarder år har gått sedan Big Bang, och hastigheten med vilken information reser - den ultimata hastigheten, ljusets hastighet - är begränsad. Därför, medan hela universumet verkligen kan vara obegränsat, är det observerbara universum inte det.
Enligt de ledande idéerna inom teoretisk fysik kan vårt universum vara en liten region med enorma flera universum, som kan vara oändligt många. Vissa av dessa idéer är verkligen vetenskapliga, och andra är rent spekulativt, önsketänkande. Låt oss lära oss att skilja dem. Men först lite bakgrund.
Finns det flera universum?
Det moderna universum erbjuder oss några intressanta fakta som är mycket enkla att observera och verifiera, åtminstone med hjälp av vetenskapliga föremål i världsklass. Vi vet att universum expanderar: vi kan mäta egenskaperna hos galaxer, ta reda på deras avstånd och hastighet att röra sig bort från oss. Ju längre de är, desto snabbare tas de bort. I samband med allmän relativitet innebär detta att universum expanderar.
Och om universum expanderar idag, betyder det att det var mindre och tätare tidigare. Om du går tillräckligt djupt tidigare kommer du att upptäcka att det också var mer homogent (eftersom tyngdkraften tog tid att samla allt i högar) och varmare (eftersom kortare våglängder för ljus betyder högre energier och temperaturer). Detta leder oss tillbaka till Big Bang.
Men Big Bang var inte början av universum. Vi kan titta in i det förflutna bara fram till en viss tidpunkt, varefter förutsägelserna från Big Bang upphör att gå i uppfyllelse. Det finns flera observationer av saker i universum som Big Bang inte förklarar, men teorin om kosmisk inflation gör det.
Kampanjvideo:
Under 1980-talet utvecklades en hel del teoretiska konsekvenser av inflationen, inklusive:
- hur sådd av storskaliga strukturer ska se ut;
- att temperatur- och densitetsfluktuationer måste existera i en skala som överstiger den kosmiska horisonten;
- att alla regioner i rymden, även med fluktuationer, måste ha konstant entropi;
- bör vara den maximala temperaturen som Big Bang når.
Under 1990-, 2000- och 2010-talet bekräftades dessa fyra förutsägelser observationsmässigt med hög noggrannhet. Kosmisk inflation vinner.
Inflationen berättar att universumet före Big Bang inte fylldes med partiklar, partiklar och strålning. Istället fylldes den med den energi som ingår i rymden själv, och denna energi fick utrymmet att expandera snabbt, orubbligt och exponentiellt. Vid någon tidpunkt slutade inflationen och all (eller nästan all) energi visade sig omvandlas till materie och energi, och initierade en het Big Bang. Slutet på inflationen markerade början på Big Bang. Det vill säga, det fanns en Big Bang, men inte i början.
Om detta var hela historien, skulle vi ha ett extremt stort universum i våra händer. Dess egenskaper skulle vara desamma överallt, lagarna är desamma, och delarna som var bortom den synliga horisonten skulle likna den plats där vi är, men det skulle vara omöjligt att kalla dem flera universum.
Det vill säga, det skulle inte vara möjligt förrän du kommer ihåg att allt som existerar fysiskt måste ha kvantitet. Till och med inflationen, med alla de okända som omger den, måste vara ett kvantfält.
Om du behöver inflation för att ha egenskaperna hos kvantfält:
- i dess egenskaper måste det finnas osäkerheter i sig;
- fältet måste beskrivas med en vågfunktion;
- fältvärden sträcker sig över tid;
då kommer du till en ovanlig slutsats.
Inflationen slutade inte överallt på samma gång, utan snarare på separata, utvalda, oberoende platser, medan utrymmet mellan dem fortsatte att svälla. Det måste finnas flera enorma rymdsregioner där inflationen slutar och Big Bang börjar, men de kommer aldrig att möta eftersom de är åtskilda av områden med svullnadsutrymme. När inflationen väl börjat kommer inflationen att fortsätta säkert och på obestämd tid, åtminstone på vissa platser.
När inflationen slutar får vi en Big Bang. Den del av universum som vi observerar är bara en del av regionen där inflationen har slutat, utanför det finns mycket av det oobserverbara universum. Och det finns ett stort antal regioner, indelade mellan sig, med exakt samma historia.
Detta är idén om flera universum. Som ni ser är det baserat på två oberoende, väletablerade och allmänt accepterade aspekter av teoretisk fysik: kvantitetens natur och egenskaperna hos kosmisk inflation. Det finns inget sätt att mäta det, och det finns inget sätt att mäta den oobserverbara delen av universum. Men de två teorierna som ligger till grund för det, inflation och kvantefysik, har visat sitt värde. Om de är korrekta kommer flera universum att vara den oundvikliga konsekvensen av detta, och vi kommer att leva i dem.
Än sen då? Det finns många teoretiska konsekvenser som är oundvikliga, men som vi inte kan veta med säkerhet eftersom vi inte kan verifiera dem. Flera universum är en sådan konsekvens. Inte för att det är till hjälp, det är bara en intressant förutsägelse som kommer från teorier.
Varför skriver så många teoretiska fysiker artiklar om flera universum? I ämnet parallella universum och deras relation till våra egna? Varför hävdar de att flera universum är bundna till strängar, en kosmologisk konstant och att vårt universum är idealiskt inställt för livet?
Eftersom de inte har några bättre idéer.
Inom ramen för strängteori finns det en enorm lista med parametrar som i princip kan ta nästan vilket värde som helst. Denna teori gör inga förutsägelser för dem, så vi tvingas ta reda på deras betydelse i samband med string vacua. Om du har hört talas om otroligt stora siffror som de berömda 10 till 500 kraften som visas i strängteorin, hänvisar de till de möjliga betydelserna av string vacua. Vi vet ännu inte vad de är eller varför de har sådana betydelser. Ingen vet hur man räknar dem.
Så istället för att säga: "Dessa är flera universum!", Tänker folk så här:
- Vi vet inte varför de grundläggande konstanterna har de värden de gör.
- Vi vet inte varför fysiklagarna är vad de är.
- Stringteori är en ram som kan förse våra fysiska lagar med våra grundläggande konstanter, samt ge oss andra lagar eller konstanter.
- Följaktligen, om vi har enorma flera universum, i vilka olika regioner kommer att ha olika lagar och konstanter, kan en av dem vara vår.
Problemet är att allt detta inte bara är rent spekulativt, utan det finns ingen anledning, med tanke på inflation och kvantfysik, att tro att den uppblåsande rymdtiden har olika lagar eller är konstant i olika regioner.
Gillar du inte denna strategi för resonemang? Och ingen gillar det.
Som vi redan har konstaterat är flera universum inte en vetenskaplig teori i sig. Snarare är det en teoretisk konsekvens av fysikens lagar i deras fulla förståelse. Även om du har ett inflationsunivers som styrs av kvantfysik, kommer du att vara knuten till det. Men - som strängteori - det har problem: det förutsäger inte något som vi observerade och kunde inte förklara utan det, och det förutsäger inte något konkret som vi kunde gå och titta på.
I detta fysiska universum är det viktigt att observera allt vi kan och samla bit för bit all kunskap som vi har tillgång till. Endast från en komplett uppsättning data som vi hoppas vara korrekta kommer det att vara möjligt att göra vetenskapliga bedömningar om universumets natur. Några av dessa fynd kommer att få konsekvenser som vi inte kan mäta och bevisa: till exempel att det finns flera universum. Men när människor pratar om grundläggande konstanter, om fysikens lagar, om värdena på strängvakuum är de inte engagerade i vetenskap, de pratar bara. Du kan skvallra om flera universum så mycket du vill och citera de framstående verken av sådana teoretiker som exempel, men du kan inte göra en vetenskaplig syn på detta.
Ilya Khel
