Daugiaveidė multivisata (66)
Ar žvalgomės po kosmosą ar tiriame subatomines erdves, sėkmingiausios mūsų teorijos pateikia neišvengiamą išvadą – mūsų visata tėra lašelis visatų vandenyne
|
Visi šio ciklo įrašai |
|
|
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Dar visai neseniai daugelis fizikų vengė pripažinti vadinamosios multivisatos idėją. Tačiau šiuolaikinės kosmologijos, stygų teorijos ir kvantų mechanikos pasiekimai keičia tokią nuomonę. „Multivisatos nėra pasirenkamas dalykas, kaip perkamų mėsainių dydis,“ sako Rafaelis Buso (Raphael Bousso), fizikos teoretikas iš Kalifornijos universiteto Berklyje. Mūsų pačių kosmologinė istorija pasakoja mums, priduria jis, „taip yra ir mums reikia su tuo susitaikyti“. Šiais laikais tyrėjai, kaip pavyzdžiui, Buso, laiko multivisatas realiu dalyku, tiria jas, bando ir žiūri, ką jos gali papasakoti apie mūsų pačių visatą. Vienas iš pagrindinių tokio domėjimosi motyvų yra stengimasis paaiškinti, kodėl mūsų visatos fizikos dėsniai yra taip tiksliai suderinti, kad leidžia galaktikoms, žvaigždėms, sudėtingai chemijai, gyvybei – ir mums – egzistuoti. Užuot apeliavę į Dievą ar aklą sėkmę, kai kas teigia, kad mūsų buvimas nustato parametrus, ištraukiančius tokias visatas, kaip mūsiškė, iš bedugnio visatų krepšio. Tačiau yra problema. Skirtingos teorijos pateikia labai skirtingas visatų rūšis. Pavyzdžiui, mūsų dabartinė standartinė visatos kilmės teorija numato begalybę kitų visatų, taip pat begalybę tokių, kuriose jūsų kopijos skaito šį sakinį ir spėlioja ar tos kitos jų versijos egzistuoja. Tuo tarpu stygų teorija, turėjusi išvesti mūsų visatos daleles, jėgas ir konstantas iš fundamentalių principų, vietoje to atrado visą tuntą iš 10⁵⁰⁰ visatų, fundamentaliai besiskiriančių nuo mūsiškės. Netgi kvantinė mechanika teigia, kad mūsų visata tėra viena snaigė paralelinių visatų pūgoje (žr. pav. „Multivisatų hierarchija“).
Dabar stengiamasi suprasti ir suderinti šias idėjas. Pastaruoju metu labai daug nuveikta teorinio multivisatos koncepcijos pagrindimo srityje. Tuo pat metu keletas mokslininkų grupių teigia turinčios astronominių stebėjimų, remiančių multivisatos idėją. Atrodo, galiausiai pradedame atrasti savo vietą visatų visatoje.
Multivisatos idėja pasirodė praėjusio amžiaus devintojo dešimtmečio pradžioje, kai fizikai suprato, jog didysis sprogimas sukūrė tokio pat dydžio problemą. Astronomams išmatavus sprogimo atšvaitus, – kosminį mikrobangų foną (KMF) (cosmic microwave background (CMB)), – pasirodė, kad jis neįtikėtinai tolygus – netgi priešinguose matomos visatos pusėse. Taip nutolusių regionų temperatūrų atitikimas (kaip dabar žinome) viena dešimttūkstantąja laipsnio dalimi buvo toks stebinantis, koks būtų, jei šių visatos vietų gyventojai, jeigu jų yra, kalbėtų ta pačia kalba, sako Brajenas Grynas (Brian Greene), fizikas iš Kolumbijos universiteto Niujorke.
Multivisatų hierarchija: 1 lygis
Jei didysis sprogimas prasidėjo nuo infliacinio augimo periodo, turėjo susidaryti daugybė, panašių į mūsų, visatų – bet su skirtingu medžiagos išsidėstymu
Fizika
Kaip mūsų, tik begalybę kartų pakartota su visomis įmanomomis pradinėmis sąlygomis ir istorija
Pagrindimas
Dera su mediokrizmo principu – mūsų visata nėra kuo nors ypatinga
Santykis
Visos pirmojo lygio visatos yra panašios į mūsų ir tarpusavyje
Ryšys
Kadangi viskas, kas galėjo nutikti mūsų visatoje, nutiko kurioje nors kitoje pirmojo lygio visatoje, gali būti tiesioginis ryšys tarp pirmojo lygio ir trečiojo lygio kvantinių visatų
Problemą kartu su kolegomis išsprendė kosmologas Alenas Gutas (Alan Guth) iš Masačiusetso technologijos instituto ir Endris Linde (Andrei Linde) iš Stenfordo universiteto Kalifornijoje. Pagal jų hipotezę, per visatos atsiradimo pirmas 10⁻35 sekundės dalis pati erdvė išsiplėtė maždaug 1030 kartų. Šis stulbinantis išsiplėtimas, vadinamoji infliacija, paaiškina vienodą KMF spinduliavimo temperatūrą ir išsprendžia kitą galvosūkį: kodėl erdvė atrodo plokščia, kaip trimatė begalinio stalo viršaus versija. Infliacija tapo labai sėkminga teorija, tiksliai numačiusia nedidelį KMF bangavimo netolygumą, kuris yra kvantinių perturbacijų, pasėjusių galaktikas ir žvaigždes, aidas.
Guto ir Linde pastangos paaiškinti mūsų visatą tiesiogiai nuvedė ir prie multivisatos, nes infliacija patogiai nesustojo toliausiuose regionuose iš kurių dabar mus pasiekia šviesa. Gutas sako, kad priklausomai nuo to, kaip vyko infliacija, visata gali būti 1010 kartų, 1020 kartų ar net begalybę kartų didesnė už matomąją visatą. Infliacija reiškia plėtimąsi didesniu, nei šviesos greičiu, o tai savo ruožtu reiškia, kad už matomosios visatos ribų yra kitos visatos dalys, atskirtos nuo mūsiškės. Jokia sąveika negali keliauti tarp šių regionų, tad sukuriama begalybė kitų pasaulių.
Kaip jie atrodo? Maksas Tegmarkas (Max Tegmark), irgi kosmologas iš MIT, mano, kad nors infliacija nurodo esant daugybę visatų, visose yra tokios pačios dalelės, jėgos ir fizikos dėsniai, kaip ir mūsų kosmoso lopinėlyje. Bet nors elementarios dalelės sudaro žvaigždes ir galaktikas vienodai, kaimyninėje visatoje žvaigždžių ir galaktikų raštas bus kitoks, o kaimynų kaimynystėje vaizdas irgi skirsis. Tačiau Tegmarkas parodė, kad netgi jei tokia visata, kaip mūsiškė būtų užpildyta elementariosiomis dalelėmis, jos gali turėti tik baigtinį skaičių pozicijų variantų. Tai didžiulis skaičius, 210118, bet kadangi nėra erdvės ribotumo ženklų, kiekvienam dalelių išsidėstymo variantui atsiras vietos.
Tai reiškia, kad jei keliautume pakankamai toli, surastume visatą, kurioje būtų identiška jūsų kopija. Tegmarkas paskaičiavo, kad artimiausia kopija gyvena už 101029 metrų. Keliaujant toliau, už 1010118 metrų atrastume mūsų visatos dvynę (arxiv.org/abs/0905.1283v1). Kadangi begalinėje visatoje yra begalybė variacijų, kažkur jūs ką tik laimėjote olimpinio 100 metrų bėgimo aukso medalį. Sveikiname!
Nors galaktikų gausa neišsemiama, jose nėra nieko egzotiško. Tegmarkas priskiria visatas, kylančias iš paprastos infliacijos ar kitaip, begalinio erdvės plėtimosi, pirmam iš keturių hierarchijos lygių, kurie darosi vis keistesni.
Paimkime antrą multivisatos lygį. Greitai po infliacijos atradimo Linde suprato, kad tai gali būti tęstinis arba amžinas procesas. Kai didžiulė tuščios erdvės energija sukuria besiplečiančią visatą, aplink ją esanti erdvė, vis dar kupina energijos, plečiasi dar sparčiau. Ta erdvė gali sukurti daugiau visatų, kurios savo ruožtu plečiasi ir taip toliau ir taip toliau. „Praktiškai visi aptarti infliacijos modeliai numato begalinę infliaciją,“ sako Aleksanderis Vilenkinas (Alexander Vilenkin) iš Taftso unversiteto Bostone, pirmasis pasiūlęs šią idėją devintame dešimtmetyje. Gutas vadina tai amžinais nemokamais pietumis.
Amžinai besiplečiančiame visatų švediškame stale yra begalybė ne tik pirmo lygio visatų, bet ir daug kitokių. Kiekviena visata pasuka savo keliu, tad savybės, kadaise laikytos universaliomis, pavyzdžiui, elementariųjų dalelių masės ir fundamentaliųjų jėgų stiprumas, skiriasi. Burbulinės visatos iš amžinojo plėtimosi turi visas variacijas, leidžiamas fizikos dėsnių, ir yra, anot Linde, „vienintelė vieta, kur prieinami visi įmanomi valgiai“.
Tos visatos yra Tegmarko multivisatų hierarchijos antrojo lygio dalis. Jame yra apie 10⁵⁰⁰ visatų rūšių, numatomų stygų teorijos, pirmaujančios pretendentės į „visko teoriją“, kuri galėtų paaiškinti visas gamtos daleles ir jėgas.
Dabartiniame dalelių fizikos Standartiniame modelyje yra parametrai, kurių reikšmes fizikai gali išmatuoti, bet negali paaiškinti, pavyzdžiui, elektrono masę. Stygų teorijos šalininkai tikėjosi, kad jų teorija paaiškins, kodėl tų parametrų reikšmės yra būtent tokios ir kodėl mūsų visata yra būtent tokia, kokia yra.
Jiems teko skaudžiai nusivilti. Užuot sukūrusi vieną tobulą snaigę – daleles, jėgas ir sąveikas, sudarančias mūsų visatos pagrindą – stygų teorija sukėlė visatų laviną, bauginančią plėtrą, kurią Leonardas Saskindas (Leonard Susskind), Stenfordo universiteto fizikos teoretikas, pavadino stygų teorijos peizažu.
Tas visatas atskiria jų erdvėlaikio prigimtis. Stygų teorijoje gamtos dalelės ir jėgos randasi iš plonyčių stygų virpėjimo dešimtyje matmenų. Mes jaučiame tik keturis matmenis, nes kiti yra „sukompaktinti“, sumegzti į mažas neišnarpliojamas struktūras, kurios yra per mažos, kad jas pajustume. Kiekvienoje visatoje pasireiškiantys fizikos dėsniai priklauso nuo suspaustųjų matmenų skaičiaus ir jų struktūros. Tyrėjai atrado daugybę įmanomų formų, sąveikaujančių su stygų teorijos laukais ir apibūdinančių daugybę visatų su nepažįstamais fizikos dėsniais ir radikaliai skirtingomis jėgomis ir dalelėmis.
Amžina infliacija suteikė įtikimą kiekvieno stygų teorijos peizažo taško užpildymo begalybe tikrų visatų mechanizmą. „Iš pradžių stygų teorijos kūrėjams nepatiko multivisatos idėja, jie norėjo turėti tik vieną sprendinį, vietoje to gavo 10⁵⁰⁰,“ sako Linde. „Reikia išsiaiškinti, kaip gyventi visatoje, siūlančioje tokią gausybę pasirinkimų.“
Multivisatų hierarchija: 2 lygis
Amžinojo plėtimosi teorijoje erdvė tarp visatų plečiasi ir susidaro begalybė naujų „burbulinių“ visatų su visiškai skirtingomis savybėmis. Kiekvienoje bubulinėje visatoje yra begalybė savų pirmo lygio visatų
Fizika
Kituose visatų burbuluose veikia kitokie fizikos dėsniai, matmenys, dalelės, jėgos ir konstantos nei mūsų visatoje. Gali pasirodyti, kad visi šie parametrai kyla iš „visko teorijos“
Pagrindimas
Infliacija paaiškina mūsų visatos tolydumą ir plokštumą kosminio mikrobangų fono detales. Amžinas plėtmasis implikuoja burbulines visatas ir pateikia stygų teorijos numatomas visatas
Santykis
Antro lygio visatos labai įvairios. Tai atskiri burbulai ar domenai, su skirtingomis savybėmis, atskirti vienas nuo kito besiplečiančios erdvės
Ryšys
Antrame lygyje yra visos įmanomos pirmojo lygio visatos ir didžiulė įvairovė dar keistesnių visatų. Kadangi viskas, kas gali konkrečioje antrojo lygio visatoje, nutiko kitose visatose, antras lygis gali atitikti ir trečiojo lygio kvantinės multivisatos visatas
Išsiaiškinimas, kodėl mūsų visata yra tokia, kokia yra, kai egzistuoja nesuskaičiuojama gausybė alternatyvų, lieka vienu iš didžiausių kosmologijos iššūkių. Mūsų visata atrodo nepaaiškinamai tiksliai suderinta gyvybei būtinų sąlygų atsiradimui. Jei gravitacija būtų šiek tiek stipresnė, didysis sprogimas būtų tik mažas pokštelėjimas. Silpnesnė gravitacija nepajėgtų sukurti galaktikų ir žvaigždžių. Jei elektrono krūvis skirtųsi keliais procentais, žvaigždės nebūtų sukūrusios sunkiųjų elementų, sudarančių planetas, panašias į Žemę. Jei stiprioji sąveika skirtųsi puse procento, neegzistuotų anglis, tuo pačiu ir mums pažįstama gyvybė. Tiksliųjų suderinimų sąrašą vainikuoja mūsų visatos mažoji kosmologinė konstanta – kruopelė tamsiosios energijos, sukeliančios spartėjantį visatos plėtimąsi.