Równoległe wszechświaty – czy istnieją i jak je testować?

Czy możemy przetestować równoległe światy?

Równoległe światy są standardem sci-fi, ale sama idea pochodzi z fizyki kwantowej, gdzie z pozoru dziwaczne pojęcie alternatywnych wszechświatów jest traktowane bardzo poważnie.
Obecnie australijski zespół badawczy posunął się w tym “dziwactwie” o krok dalej. Ich nowa teoria, opublikowana w Physical Review X, została nazwana „Interaktywne światy“. Potwierdza ona nie tylko istnienie stabilnych równoległych światów, lecz sugeruje, że istnieją możliwości przetestowania ich istnienia. “To rodzaj radykalnego pomysłu, ale wygląda bardzo interesujące i obiecująco”, twierdzi Bill Poirier, fizyk dynamiki  kwantowej w Texas Tech University, który zaproponował wczesną wersję tej teorii w 2010 roku. Równoległe światy zostały po raz pierwszy wywołane do tablicy w 1950 roku w celu wyjaśnienia zjawisk kwantowych, takich jak jednoczesne pojawianie się cząstek w dwóch miejscach naraz. Niestety Hugh Everett, amerykański fizyk, który ją zaprezentował został tak ośmieszony przez środowisko naukowe, że porzucił dalsze badania i naukę. W interpretacji kwantowej jego teorii “wielu światów”, każdy pomiar kwantów sprawia, że “​​wszechświat” mierzony oddziałowuje na inne wszechświaty. To tak, jakby na kwantowej monecie zaistniały jednocześnie dwa światy  – w jednym świecie wynik będzie prawidłowy dla awersu, w drugim zaś prawidłowy dla rewersu.

Nowa teoria, którą odważnie zaproponował Howard Wiseman, dyrektor Ośrodka Quantum Dynamics w Griffith University, jest inna. Nie ma nowych wszechświatów. Światy istniały obok siebie „od zawsze” od początku czasu. Niektóre z nich przedstawiane są w sci-fi jako alternatywne rzeczywistości, gdzie np. “asteroid nigdy nie zniszczył życia dinozaurów” mówi Wiseman. Inne są niemal identyczne jak nasze własne, zamieszkiwane przez równoległych NAS w wersjach alternatywnych. Różnią się może tylko kształtem chmury nad równoległym  Melbourne w jasne wiosenne równoległe ranki.

Co skłoniło Wisemana do wmieszania tej kolejnej dziwnej teorii do już wystarczająco skomplikowanej naukowej mieszanki? Od stuleci fizycy próbują pogodzić się z wynikami eksperymentów w świecie kwantowym. “To co się dzieje na tym poziomie rzeczywistości  jest nadal niewyobrażalne”, twierdzi Wieseman  “i zmotywowało to nas do poszukiwania lepszego opisu tego, co się naprawdę dzieje.” Jednym z eksperymentów o tym co Wiseman ma na myśli jest eksperyment elektronowy z “dwiema szczelinami”. Jest to kolejna wersja słynnego już pierwszego doświadczenia z dwiema  szczelinami przeprowadzonego przez Thomasa Younga w 1800 roku ze światłem. Stwierdził on, że wiązka światła przechodząca przez dwie blisko siebie położone szczeliny w ekranie nie wytworzyła na ścianie – jak można by się spodziewać – obrazu dwóch linii. Zamiast tego powstał dziwny wzór interferencyjny przypominający nakładające się martwe fale wodne dwóch łodzi. Doprowadziło to Younga do wniosku, że światło jest rodzajem fali.

Na początku 20 wieku, zarówno Niels Bohr jak i inni naukowcy zaczęli znajdować dowody, że podstawowe cząstki, takie jak elektrony, również mają podobne do fali właściwości. Dowód przyszedł w 1961 roku, kiedy przeprowadzono na elektronach eksperyment z dwiema  szczelinami i znaleziono interferencję fal podobną do eksperymentu ze światłem. Stwierdzenie, że cząstki mogą zachowywać się jak fale było samo w sobie dziwne, ale jeszcze dziwniej zrobiło się, gdy odpowiadając na sugestię Richarda Feynmana, w 1974 roku Giulio Pozzi wraz z współpracownikami z Uniwersytetu w Bolonii wykazali, że można uzyskać wzór interferencyjny nawet gdy indywidualny elektron przechodzi przez obie szczeliny na raz i interferuje sam z sobą. Feynman stwierdził, że całość mechaniki kwantowej może być zebrana w tym jednym doświadczeniu. Fizycy powtarzali to doświadczenie przez dziesiątki lat z tym samym skutkiem, ale wciąż dręczeni są brakiem zrozumienia i pojęcia tego co się dzieje? Jednak teoria kwantowa Nielsa Bohra przewidziała takie zachowania za pomocą matematyki, przy zastosowaniu tzw. “funkcji falowej” obrazującej elektron jako nie będący ani cząstką ani falą lecz jako rozmyty w “chmurze prawdopodobieństwa”. Co to dokładnie oznacza pod względem fizycznym nigdy nie zostało dobrze określone. “Debaty, dyskusje i kontrowersje trwają od 100 lat”, mówi Poirier. Einstein czuł odrazę do teorii kwantowej przekształcającej elektron z cząsteczki w chmurę. Podobnie do Newtona, wyobrażał sobie wszechświat, jako funkcjonujący podobnie do zegarka. “Bóg nie gra w kości”, twierdził Einstein, na co Bohr replikował “Myślę, że Einstein powinien przestać mówić Bogu, co ma robić,”. Nowa teoria proponowana przez zespół Griffith’a jest jednak dużo bliżej wizji Einsteina niż Bohra. Znikły chmury prawdopodobieństwa wraz z zagadkowym dualizmem korpuskularno-falowym. W nowej teorii elektrony wystrzeliwane w szczeliny są przede wszystkim cząstkami, malutkimi  kuleczkami, tak jak wyobrażałby je sobie Newton. W naszym świecie pojedynczy elektron może przejść przez dolną szczelinę. Jednakże w świecie równoległym elektron ten przechodzi przez górną szczelinę. Ponieważ drogi obu  elektronów podróżujących do detektorów (jeden w naszym świecie i jeden w równoległym świecie), mogą się pokrywać, to zgodnie z teorią, siły odpychające zatrzymują elektrony zbliżające się zbyt blisko siebie. W efekcie, elektron w naszym świecie “zderza się” ze swoim odpowiednikiem “bliźniakiem-duchem”  z alternatywnego świata. Według Wisemana i jego zespołu to interakcja pomiędzy równoległymi światami prowadzi właśnie do tego rodzaju zaobserwowanych wzorów interferencyjnych. Teoria poparta została symulacją komputerową eksperymentu z dwiema szczelinami, przy wykorzystaniu 41 równoległych światów.

Aczkolwiek, teoria jest we wczesnym stadium rozwoju, to Poirier jest pod jej olbrzymim wrażeniem i przewiduje ogromne zainteresowanie w środowisku fizyki. „Ograniczając światy do ilości określonych i skończonych, zespół Griffith’a opracował równania, które są znacznie prostsze do rozwiązania przez komputer. Kwantowe obliczenia, które zazwyczaj zabierały kilka minut, kończono teraz “w ciągu kilku sekund”, mówi Michael Hall, główny autor badania. Hall ma nadzieję, że w końcu doprowadzi to do zastosowania ich w przewidywaniu reakcji w świecie rzeczywistym. Ale jeśli liczba światów jest skończona – tak jak w symulacjach komputerowych, to prognozy wykonane przez nową teorię będą odbiegać w niewielkim stopniu od standardowej teorii kwantowej. Odchylenia te mogą być testowane w laboratorium za pomocą doświadczeń podobnych do eksperymentu z podwójną szczeliną. Ponieważ wielkość odchylenia od standardu zależy od liczby równoległych światów w eksperymencie, to może on stanowić skuteczne źródło pomiaru ilości światów istniejących równolegle do naszego.

Ale … równoległe światy? Czy nie jest to zbyt absurdalne, by traktować poważnie? Nie dla fizyków. I jak David Wallace wskazuje w The Emergent  Multiverse, nasze poczucie absurdu ewoluowało, pomagając nam kształtować nasze człowieczeństwo w czasach gdy żyliśmy jeszcze na sawannach Afryki. “Wszechświat nie jest zobowiązany do dostosowania się do panującego u nas poziomu pojęcia absurdu.”

Cosmos 61 Feb-Mar 2015
“Czy możemy przetestować równoległe światy?”