Ipoteza multiversului este susţinută de mecanica cuantică, teoria corzilor şi inflaţia cosmică
Teoria universurilor paralele ar putea părea un subiect desprins din literatura science-fiction cu o relevanță mică pentru fizică teoretică modernă. Cu toate acestea, ideea că trăim într-un „multivers” format dintr-un număr infinit de universuri paralele a fost mult timp considerată o posibilitate științifică, deși ea este încă intens dezbătută de fizicieni. Provocarea actuală este găsirea unei modalităţi de a testa această teorie, inclusiv prin căutarea pe bolta cerească a unor semne rezultate în urma coliziunilor universului în care trăim cu alte universuri.
Oamenii de ştiinţă caută în radiaţia cosmică de fond urmele coliziunilor dintre diferite universuri. Credit: Geralt
Este important să se țină cont de faptul că teoria multiversului nu este de fapt o teorie, aceasta este mai degrabă o consecință a modului în care înțelegem fizica teoretică actuală. Această distincție este esențială. Ideea că Universul în care trăim face parte dintr-un multivers rezultă pe baza teoriilor actuale, cum ar fi mecanica cuantică și teoria corzilor.
Interpretarea lumilor multiple
Probabil că aţi auzit de experimentul mental imaginat de fizicianul Schrödinger în care o pisică este închisă într-o cutie, iar aceasta poate să fie vie sau moartă în funcţie de starea unei particule subatomice. Acest experiment ilustrează ce se întâmplă atunci când se aplică interpretarea Copenhaga a mecanicii cuantice asupra obiectelor din viața de zi cu zi. Pisica cuantică trăieşte istorii paralele perfect posibile, cele două istorii, de a fi vie sau moartă, putând coexista, până în momentul în care cineva deschide cutia. Motivul pentru care acest lucru ni se pare imposibil se datorează, pur și simplu, faptului că intuiția noastră umană nu este familiarizată cu acest concept.
Cu toate acestea, acest lucru este perfect posibil în conformitate cu regulile ciudate ale mecanicii cuantice. Motivul este acela că spectrul posibilităților în universul cuantic este imens. Matematic, o stare cuantică este suma (sau superpoziția) tuturor stărilor posibile. În cazul pisicii lui Schrödinger, aceasta se află într-o stare de superpoziție a celor două stări: „vie” şi „moartă”.
Cum putem însă interpreta acest lucru pentru ca el să aibă un sens pentru noi? O modalitate ar fi să presupunem că singura stare adevărată este cea pe care o observăm. Am putea accepta însă şi faptul că toate aceste posibilități sunt reale și că ele există în diferite universuri ale unui multivers.
Experimentul mental cu pisica lui Schrödinger. Credit: Robert Couse-Baker/Flickr, CC BY-SA
Teoria corzilor
Teoria corzilor este probabil cea mai promițătoare teorie pentru unificarea mecanicii cuantice cu relativitatea generală. Aceasta nu este o sarcină uşoară, deoarece forța gravitațională este dificil de descris la scara atomilor și a particulelor subatomice, adică în domeniul mecanicii cuantice. Cu toate acestea, teoria corzilor, care afirmă că toate particulele fundamentale sunt formate din corzi unidimensionale, poate descrie toate forțele cunoscute ale naturii: forţa gravitațională, forţa electromagnetică și forțele nucleare.
Pentru ca teoria corzilor să funcționeze matematic, aceasta necesită existenta a cel puțin zece dimensiuni fizice. Din moment ce putem observa doar patru dimensiuni: înălțime, lățime, adâncime (dimensiuni spațiale) și timpul, dimensiunile suplimentare ale teoriei corzilor trebuie să fie, prin urmare, ascunse într-un fel, dacă teoria este corectă. Astfel, dimensiunile suplimentare din teoria corzilor trebuie să fie cumva „compactate”, fiind mult prea mici pentru a fi văzute. Poate că pentru fiecare punct din spaţiu mai există încă șase direcții suplimentare care nu pot fi observate.
Problema cu care se confruntă teoria corzilor este aceea că există foarte multe moduri prin care dimensiunile suplimentare pot fi compactate, mai exact cercetătorii vorbesc de 10500 posibilităţi. Fiecare dintre acestea va avea ca rezultat un univers cu legi fizice diferite, în care, de exemplu, masa electronului și constanta gravitaţională au valori diferite.
Universul timpuriu
Imediat după Big Bang, Universul a trecut printr-o perioadă de expansiune accelerată denumită inflație cosmică. Aceasta a fost propusă inițial pentru a explica de ce Universul actual este atât de uniform în ceea ce priveşte temperatura. Inflaţia cosmică a prezis, de asemenea, existenţa unor fluctuații de temperatură în jurul unei temperaturi de echilibru, fapt ce a fost confirmat ulterior ca urmare a măsurătorilor radiaţiei cosmice de fond în cadrul unor misiuni spaţiale precum Cosmic Background Explorer sau Wilkinson Microwave Anisotropy Probe.
Deşi detaliile teoriei inflaţiei cosmice sunt încă aprig dezbătute, această teorie a fost acceptată de către fizicieni. O consecință a acesteia este aceea că anumite regiuni ale Universului se află încă într-o expansiune accelerată. Cu toate acestea, din cauza fluctuațiilor cuantice ale spațiului-timp, unele părți ale Universului nu ajung de fapt în starea finală a inflației cosmice. Acest lucru înseamnă că Universul se va extinde în permanență şi, prin urmare, unele regiuni ale acestuia pot deveni alte universuri, care la rândul lor ar putea forma alte universuri, etc. Prin acest mecanism se generează un număr infinit de universuri.
Prin combinarea acestui scenariu cu teoria corzilor, există posibilitatea ca în fiecare dintre aceste universuri compactizarea dimensiunilor suplimentare să se producă într-un mod diferit, rezultând astfel diferite legi fizice.
Radiaţia cosmică de fond, o sursă de informaţii despre undele gravitaţionale şi ciocnirile cu alte universuri. Credit: NASA/WMAP Science Team/wikimedia
Testarea teoriei multiversului
Universurile prezise de teoria corzilor și inflația cosmică se formează în același spațiu fizic (spre deosebire de cele mai multe universuri ale mecanicii cuantice care rezultă într-un spațiu matematic), iar ele se pot ciocni. În mod inevitabil, acestea trebuie să se ciocnească lăsând urme în radiaţia cosmică de fond pe care am putea să le căutăm.
Urmele ciocnirilor dintre universuri pot lua diferite forme, de la regiuni reci sau calde în radiaţia cosmică de fond până la regiuni din spaţiul cosmic în care se constată o distribuție neobişnuită a galaxiilor, de obicei lipsa acestora. Deoarece ciocnirile cu alte universuri trebuie să aibă loc într-o anumită direcție, este de aşteptat ca urmele acestor ciocniri să perturbe uniformitatea Universului observabil.
Toate aceste semnături sunt urmărite cu atenţie de către oamenii de știință. Aceştia încearcă să le identifice în mod direct, imprimate în radiaţia cosmică de fond, sau în mod indirect, prin intermediul undelor gravitaționale. Undele gravitaţionale ar putea dovedi existența inflației, ceea ce ar susţine teoria multiversului.
Sursa: The Conversation