Η ύπαρξη πολλαπλών συμπάντων ακούγεται σαν επιστημονική φαντασία, αλλά οι παρατηρήσεις στο πλαίσιο της θεωρητικής φυσικής υποδηλώνουν ότι είναι δυνατή και ενδεχομένως αναπόφευκτη.
Ένα βασικό ερώτημα σε αυτό το κερδοσκοπικό σενάριο είναι αν υπάρχει πεπερασμένος ή άπειρος αριθμός συμπάντων στο πολυσύμπαν. Σε κάθε περίπτωση, όσα γνωρίζουμε μέχρι στιγμής δείχνουν ότι, ακόμη και αν υπάρχει άπειρος αριθμός συμπάντων στο πολυσύμπαν, αυτό που συμβαίνει σε αυτά δεν σχετίζεται με κανέναν τρόπο με αυτό που συμβαίνει στο δικό μας σύμπαν.
Μια από τις πιο συναρπαστικές ιδέες σε όλη τη φυσική ακούγεται σαν καθαρή φαντασία, αλλά θα μπορούσε στην πραγματικότητα να περιγράψει την πραγματικότητά μας: η ιδέα ενός πολυσύμπαντος. Στο σενάριο του πολυσύμπαντος, αυτό που γνωρίζουμε ως το σύμπαν μας είναι απλώς ένα από τα πολλά σύμπαντα που υπάρχουν ανεξάρτητα και ταυτόχρονα παράλληλα με το δικό μας. Αν και δεν υπάρχουν αδιάσειστα στοιχεία που να δείχνουν είτε την ύπαρξη είτε τη μη ύπαρξη του πολυσύμπαντος, μας παρέχει ένα πλούσιο πεδίο για εξερεύνηση, επειδή οι προβλέψεις για την ύπαρξή του εδράζονται σταθερά σε φαινόμενα της θεωρητικής φυσικής που είναι οριστικά γνωστό ότι υπάρχουν.
Αν υποθέσουμε ότι:
της θερμής Μεγάλης Έκρηξης, από την οποία προέκυψε το παρατηρήσιμο σύμπαν όπως το γνωρίζουμε, προηγήθηκε κοσμικός πληθωρισμός όλα τα σωματίδια και τα πεδία μέσα στο σύμπαν είναι θεμελιωδώς κβαντικής φύσης
Τότε προκύπτει ότι η ύπαρξη ενός πολυσύμπαντος είναι σχεδόν αναπόφευκτη. Ανοίγει μια πλούσια σφαίρα φυσικών δυνατοτήτων που περιλαμβάνει όχι μόνο παράλληλα σύμπαντα, αλλά και έναν άπειρο αριθμό από αυτά εκεί έξω. Αν αυτό ισχύει, θα μπορούσαν να υπάρχουν ακόμη και παράλληλα σύμπαντα πανομοιότυπα με το δικό μας, όπου η πραγματικότητα "διακλαδίζεται" κάθε φορά που συμβαίνει ένα κβαντικό αποτέλεσμα. Να τι είναι δυνατό στο πλαίσιο μιας επιστημονικής θεώρησης του πολυσύμπαντος.
Το κίνητρο για ένα πολυσύμπαν
Για να καταλάβετε γιατί οι φυσικοί υποστηρίζουν ότι θα έπρεπε να υπάρχει ένα πολυσύμπαν, πρέπει πρώτα να κατανοήσετε μερικά γεγονότα σχετικά με το σύμπαν που παρατηρούμε. Ένα γεγονός είναι ότι έχουμε ένα όριο στο τμήμα του σύμπαντος στο οποίο μπορούμε να έχουμε πρόσβαση: ένα όριο στο χρόνο. Το σύμπαν όπως το βλέπουμε ξεκίνησε πριν από περίπου ~13,8 δισεκατομμύρια χρόνια σε ένα γεγονός γνωστό ως η θερμή Μεγάλη Έκρηξη, όπου το σύμπαν ήταν θερμό, πυκνό, γεμάτο με ύλη και ακτινοβολία, και διαστέλλεται, ψύχεται και βαρύνει από αυτή την αρχική κατάσταση. Όσο πιο πίσω κοιτάμε στο διάστημα, τόσο πιο πίσω καταλήγουμε να κοιτάμε στο χρόνο, μέχρι το όριο της θερμής Μεγάλης Έκρηξης: 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια πριν στο χρόνο και 46,1 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά στο διάστημα.
Ωστόσο, δεν μπορείτε να πάτε πίσω σε αυθαίρετα πρώιμους χρόνους, διότι αν το σύμπαν είχε υπερβεί μια ορισμένη θερμοκρασία και πυκνότητα, θα είχε ιδιότητες που παρατηρούμε συγκεκριμένα ότι δεν έχει. Αντίθετα, οι παρατηρήσεις είναι πολύ πιο συνεπείς με την άποψη ότι της θερμής Μεγάλης Έκρηξης προηγήθηκε και δημιουργήθηκε μια περίοδος κοσμικού πληθωρισμού, η οποία:τέντωσε την καμπυλότητα του σύμπαντος έτσι ώστε να είναι δυσδιάκριτο από επίπεδο φούσκωσε μακριά όλα τα προβληματικά, μη παρατηρημένα λείψανα υψηλής ενέργειας που προβλέπεται να σχηματιστούν σε υψηλές θερμοκρασίεςέδωσε στο σύμπαν την ίδια ενεργειακή πυκνότητα παντού, με τις κβαντικές διακυμάνσεις, οι οποίες συμβαίνουν κατά τη διάρκεια του πληθωρισμού, να τοποθετούνται πάνω σε αυτό το ομοιόμορφο ενεργειακό υπόβαθρο
Όταν ο πληθωρισμός τελειώνει, έχουμε μια θερμή Μεγάλη Έκρηξη με τις απαραίτητες ιδιότητες για την αναπαραγωγή του παρατηρήσιμου σύμπαντος.
Οι αρχικές διακυμάνσεις που αποτυπώθηκαν στο παρατηρήσιμο σύμπαν μας κατά τη διάρκεια του πληθωρισμού μπορεί να παίζουν ρόλο μόνο σε επίπεδο ~0,003%, αλλά αυτές οι μικροσκοπικές ατέλειες οδηγούν στις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας και της πυκνότητας που εμφανίζονται στο κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο και οι οποίες σπέρνουν τη δομή μεγάλης κλίμακας που υπάρχει σήμερα. Χωρίς τον κοσμικό πληθωρισμό, δεν υπάρχει εξήγηση για αυτές τις αρχικές συνθήκες. (Πηγή: Chris Blake και Sam Moorfield)
Συνήθως, μας αρέσει να απεικονίζουμε τον πληθωρισμό ως ένα απλό πεδίο: έχει ορισμένες ιδιότητες που επηρεάζουν τον χώρο στον οποίο υπάρχει το πεδίο. Όσο το πεδίο παραμένει σε αυτή την πληθωριστική κατάσταση, όπου ο ιστός του χώρου έχει εγγενώς μεγάλη ενέργεια, ο χώρος θα διαστέλλεται αδυσώπητα και εκθετικά, έτσι ώστε η απόσταση μεταξύ δύο οποιωνδήποτε σημείων να διπλασιάζεται διαδοχικά με κάθε χρονικό διάστημα που περνάει.
Όσο το πεδίο παραμένει σε αυτή την πληθωριστική κατάσταση, ο πληθωρισμός συνεχίζεται, τεντώνοντας τον ιστό του χώρου, αραιώνοντας τα πάντα σε αυτόν μέχρις ότου το πεδίο διασπαστεί. Εκείνη τη στιγμή, ο πληθωρισμός τελειώνει. Καθώς η ενέργεια μετατρέπεται σε ύλη και ακτινοβολία, το σύμπαν θερμαίνεται σε μια πολύ υψηλή (αλλά όχι αυθαίρετα υψηλή) θερμοκρασία, που σηματοδοτεί την έναρξη της θερμής Μεγάλης Έκρηξης.
Στην πραγματικότητα, ωστόσο, γνωρίζουμε ότι όποιο πεδίο κι αν κινεί τον πληθωρισμό είναι συντριπτικά πιθανό να είναι κβαντικής φύσης. Αυτό σημαίνει ότι, καθώς ο πληθωρισμός συνεχίζεται, υπάρχει μια ορισμένη πιθανότητα το πεδίο αυτό να: "κυλήσει" στην κοιλάδα όπου τελειώνει ο πληθωρισμός- μια ορισμένη πιθανότητα να μην το κάνει και ο πληθωρισμός να συνεχιστεί- και ακόμη μια ορισμένη πιθανότητα το πεδίο να "κυλήσει" προς τη λάθος κατεύθυνση, απομακρύνοντάς μας περισσότερο από το τέλος του πληθωρισμού. Και - εδώ είναι το αντιφατικό μέρος - επειδή το διογκούμενο σύμπαν δημιουργεί συνεχώς νέο χώρο, όλες αυτές οι πιθανότητες μπορούν να συμβούν ταυτόχρονα σε διαφορετικές περιοχές του διογκούμενου σύμπαντος.
Ο πληθωρισμός τελειώνει (πάνω) όταν μια μπάλα κυλάει μέσα στην κοιλάδα. Όμως το πεδίο του πληθωρισμού είναι κβαντικό (μέση) και εξαπλώνεται με την πάροδο του χρόνου. Ενώ πολλές περιοχές του χώρου (μοβ, κόκκινες και κυανές) θα δουν τον πληθωρισμό να τελειώνει, πολλές άλλες (πράσινες, μπλε) θα δουν τον πληθωρισμό να συνεχίζεται, ενδεχομένως για την αιωνιότητα (κάτω). (Πηγή: E. Siegel)
Αυτό δημιουργεί ένα συναρπαστικό σενάριο που πρέπει να εξετάσουμε. Εφόσον ο πληθωρισμός συνέβη στο παρελθόν, κάτι για το οποίο έχουμε άφθονες αποδείξεις ότι συνέβη με βάση τα αποτυπωμένα στο σύμπαν μας, συνεπάγεται την ύπαρξη ενός πολυσύμπαντος. Αυτό που συμβαίνει είναι το εξής:
Ο πληθωρισμός συμβαίνει, τεντώνοντας το σύμπαν και δημιουργώντας νέο χώρο σε ορισμένα σημεία, το πεδίο "κυλάει" μέσα στην κοιλάδα, τερματίζοντας τον πληθωρισμό αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία θερμών Big Bangs σε αυτές τις περιοχές: αυτό που θα μπορούσαμε να ονομάσουμε "σύμπαν" ανάμεσα σε αυτά τα σύμπαντα υπάρχει περισσότερο διογκούμενος χώρος, όπου ο πληθωρισμός δεν τελειώνει αλλά συνεχίζεται νέος χώρος δημιουργείται καθώς το σύμπαν διαστέλλεται σε άλλα μέρη, το πεδίο κυλάει μέσα στην κοιλάδα, φέρνοντας τον πληθωρισμό στο τέλος του εκεί με περισσότερα καυτά Big Bangs και περισσότερα σύμπανταΕν τω μεταξύ, ο πληθωρισμός συνεχίζεται στις περιοχές όπου δεν τελείωσε, δημιουργώντας περισσότερο χώρο. Και ούτω καθεξής.
Το συναρπαστικό είναι ότι είναι αρκετά εύκολο να δείξουμε ότι αν θέλουμε να δημιουργήσουμε ένα σενάριο όπου έχουμε αρκετό πληθωρισμό για να δημιουργήσουμε τη θερμή Μεγάλη Έκρηξη με τις ιδιότητες που παρατηρούμε, θα έχουμε πάντα ένα πολυσύμπαν - ένα σύμπαν όπου πάντα γεννιούνται ανεξάρτητα, αποσυνδεδεμένα σύμπαντα, χωρισμένα για πάντα το ένα από το άλλο από το χώρο που συνεχίζει να διογκώνεται αιώνια, ενώ νέα σύμπαντα και νέες θερμές Μεγάλες Εκρήξεις συνεχίζουν να γεννιούνται. Εφόσον έχουμε αυτό το κομμάτι της ιστορίας σωστά - και τα στοιχεία δείχνουν συντριπτικά ότι το έχουμε - η ύπαρξη ενός πολυσύμπαντος προβλέπεται από την καλύτερη σημερινή επιστήμη.
Από μια προϋπάρχουσα κατάσταση, ο πληθωρισμός προβλέπει ότι μια σειρά από σύμπαντα θα γεννηθεί καθώς ο πληθωρισμός συνεχίζεται, με το καθένα να είναι εντελώς αποσυνδεδεμένο από κάθε άλλο, χωρισμένο από περισσότερο διογκούμενο χώρο. (Πηγή: Nicolle Rager Fuller)
Αυτά τα σύμπαντα σχετίζονται μεταξύ τους;
Τώρα, εδώ είναι που πρέπει να μπούμε σε κερδοσκοπικό έδαφος. Γνωρίζουμε ότι ο πληθωρισμός πρέπει να συμβαίνει σε μια ενεργειακή κλίμακα που είναι σημαντικά χαμηλότερη από την ενεργειακή κλίμακα του Planck, διαφορετικά θα βλέπαμε σήματα στο σύμπαν μας που δεν υπάρχουν. Αυτό που δεν γνωρίζουμε, ωστόσο, είναι εξαιρετικά σημαντικό. Δεν ξέρουμε πώς ξεκίνησε ο πληθωρισμός, ή αν είχε καν αρχή- είναι πιθανό ο πληθωρισμός να ήταν η προεπιλεγμένη κατάσταση του σύμπαντος που συνέβαινε αιώνια, μέχρι που τελείωσε στην περιοχή του χώρου μας και γεννήθηκε το σύμπαν μας.
Δεν ξέρουμε αν υπάρχουν οποιεσδήποτε περιπλεκόμενες ιδιότητες μεταξύ αυτών των διαφορετικών συμπάντων μέσα στο πολυσύμπαν. Δεν γνωρίζουμε αν όλα τα σύμπαντα που γεννιούνται έχουν τους ίδιους φυσικούς νόμους και θεμελιώδεις σταθερές ή αν υπάρχουν δυναμικές που διέπουν αυτούς τους νόμους και τις σταθερές που με κάποιον τρόπο "ρυθμίζονται" είτε κατά τη διάρκεια του πληθωρισμού είτε κατά την τελική μετάβαση στη θερμή Μεγάλη Έκρηξη. Επιπλέον, δεν έχουμε ιδέα πώς να ποσοτικοποιήσουμε τις πιθανότητες αυτών των διαφορετικών αποτελεσμάτων: αυτό που οι κοσμολόγοι που ασχολούνται με αυτό αποκαλούν πρόβλημα του μέτρου. Προβλέπεται ότι αυτά τα σύμπαντα υπάρχουν, αλλά δεν ξέρουμε πόσα από αυτά υπάρχουν, αν ή πώς σχετίζονται μεταξύ τους και τι ομοιότητες ή διαφορές έχουν σε σχέση με το δικό μας σύμπαν.
Ωστόσο, η προσδοκία -με βάση αυτά που μπορούμε να μετρήσουμε μέσα στο δικό μας σύμπαν και αυτά που μπορούμε να υπολογίσουμε με βάση τις κβαντικές ιδιότητες που διαθέτουν τα γνωστά σωματίδια και πεδία- είναι ότι οι νόμοι και οι σταθερές θα πρέπει να είναι οι ίδιοι μεταξύ των συμπάντων, αλλά οι συγκεκριμένες αρχικές συνθήκες θα πρέπει να είναι διαφορετικές.
Τι σημαίνει αυτό;
Σημαίνει ότι οι συνολικές ιδιότητες κάθε σύμπαντος θα πρέπει να είναι ίδιες, επειδή είχαν κοινή προέλευση: από το τέλος του ίδιου πληθωριστικού πεδίου. Αυτό σημαίνει ότι κάθε σύμπαν θα πρέπει να γεννηθεί με την ίδια μέση ενεργειακή πυκνότητα, τους ίδιους νόμους, τις ίδιες συμμετρίες, τις ίδιες διατηρούμενες ποσότητες και νόμους διατήρησης, το ίδιο Καθιερωμένο Πρότυπο, τους ίδιους κανόνες της γενικής σχετικότητας και πολλές άλλες ιδιότητες. Οι μεγάλες διαφορές, απλά, θα πρέπει να έρχονται με τη μορφή κβαντικών διακυμάνσεων που τοποθετούνται πάνω σε αυτό το ομοιόμορφο υπόβαθρο: οι ατέλειες 1 προς 30.000 που παρείχαν τους σπόρους της κοσμικής δομής στο σύμπαν μας. Αυτές θα πρέπει να είναι τυχαίες και σε όλες τις κλίμακες, και το σύμπαν μας θα πρέπει να είναι απλώς ένα από ένα εξαιρετικά μεγάλο σύνολο πιθανών αποτελεσμάτων.
Δείτε όλη τη μελέτη και τη συνέχεια ΕΔΩ
Ethan Siegel / Θεωρητικός αστροφυσικός και επιστημονικός συγγραφέας, οικοδεσπότης του δημοφιλούς podcast "Starts with a Bang!"
Ο Ethan Siegel είναι διδακτορικός αστροφυσικός και συγγραφέας του βιβλίου "Starts with a Bang!" Είναι επικοινωνιολόγος της επιστήμης, ο οποίος διδάσκει φυσική και αστρονομία σε διάφορα κολέγια. Έχει κερδίσει πολλά βραβεία επιστημονικής συγγραφής από το 2008 για το ιστολόγιό του, συμπεριλαμβανομένου του βραβείου για το καλύτερο επιστημονικό ιστολόγιο από το Ινστιτούτο Φυσικής. Τα δύο βιβλία του "Treknology: The Science of Star Trek from Tricorders to Warp Drive" και "Beyond the Galaxy: How humanity looked beyond our Milky Way and discovered the entire Universe" είναι διαθέσιμα για αγορά στο Amazon. Ακολουθήστε τον στο Twitter @startswithabang.