Темата за мултивселената е изключително популярна. Нещо повече, тя е буквално навсякъде – комикси, анимационни сериали, компютърни игри и дори филми, отличени с „Оскар“. Така например „Всичко навсякъде наведнъж“ на студио A24 спечели цели седем статуетки, включително номинации за най-добър филм, най-добър монтаж и най-добър дизайн на костюми. Във филма героинята на Мишел Йео, Евелин Уан, се съединява с версии на самата себе си в паралелни вселени, за да предотврати унищожаването на мултивселената.
Завладяващата история очевидно е художествена измислица, но идеята не е нова – още през XVI в. италианският философ Джордано Бруно предлага съществуването на невидими светове, в които събитията се развиват по различен начин, но физиците се обръщат сериозно към идеята 400 години по-късно. Днес официалната наука се отнася скептично към теорията за множествените светове, но нейната интерпретация за съществуването на множество паралелни светове привлича все повече внимание.
„Физиката е една от фундаменталните науки и едно от основните човешки начинания. Оглеждаме се в света и виждаме, че той е пълен с материя. Но каква е тази материя и какви са нейните свойства?“ – Дейвид Дойч, „Тъканта на реалността. Науката за паралелните вселени„.
Природата на реалността
През 1801 г., докато изучава природата на светлината, физикът и астроном Томас Юнг доказва, че светлината и материята могат да се държат едновременно като частици и вълни. 127 години по-късно физиците Гермер и Дейвисън доказват, че електроните и, както се оказва по-късно, атомите и молекулите имат същите характеристики.
При първоначалния експеримент източникът на светлина е насочен към плоскост с два успоредни прореза, зад които има екран. На него Юнг видял светли и тъмни ивици – интерференцията на светлинните вълни – потвърждавайки двойствената природа на светлината и… реалността.
Опитът на Юнг е в основата на квантовата механика – научна дисциплина, която дори учените не могат да разберат напълно. За разлика от Общата теория на относителността (ОТО), която описва универсалните пространствено-времеви свойства на физическите процеси, квантовата механика обяснява структурата на Вселената на ниво атоми – малките градивни елементи на Вселената. Този невидим за човешкото око свят лежи в основата на Стандартния модел, но противоречи на постулатите на ОТО и демонстрира вероятностния и двойствен характер на реалността.
Квантовата теория прави прогнози за реалността, но нищо не казва за това как точно е устроена тя.
Разминаването между ОТО и квантовата механика е поразително, тъй като всяка от тях работи перфектно поотделно. Това е проблем, който физиците от десетилетия не могат да решат, поради което разбирането ни за структурата и устройството на Вселената е непълно и силно противоречиво.
Светът в състояние на суперпозиция
Така че според принципите на квантовата механика светлината, атомите и молекулите могат да се държат едновременно като частици и вълни. Но какво ни казва това за структурата на Вселената? В опит да отговори на този въпрос австрийският физик-теоретик Ървин Шрьодингер през 1935 г. измисля необичаен експеримент, като поставя котка в кутия.
Взимаме кутия и поставяме вътре механизъм с радиоактивно атомно ядро и контейнер с отровен газ. След това вкарваме котката и затваряме капака. Параметрите на експеримента са подбрани така, че вероятността ядрото да се разпадне да е 50%, което означава, че след един час животното или ще умре, или не. Отговорът обаче няма как да узнаем, докато не отворим кутията, което означава, че в продължение на един час котката ще бъде в суперпозиция – т.е. ще бъде едновременно жива и мъртва.
Този принцип се нарича квантова суперпозиция и представлява състоянието на частицата преди нейното измерване. Учените считат суперпозицията за вълнова функция, която описва всички възможни състояния на частицата. Най-често срещаните символи за вълновата функция са малките и големите гръцки букви ψ и Ψ.
Излиза, че котката в експеримента на Шрьодингер е едновременно жива и мъртва, точно както фотонът в експеримента на Юнг, който се държи едновременно като частица и вълна. Да, квантовата механика ни показва абсурдността на реалността, но от гледна точка на математиката всичко е правилно. Въпреки че експериментът на Шрьодингер е създаден, за да демонстрира несъответствието на квантовата теория, това не спира Вернер Хайзенберг и Нилс Бор да формулират нейното тълкуване през 1927 г.
Според Копенхагенската интерпретация на квантовата механика вълновата функция неизбежно се срива в едно от състоянията – т.е. котката или умира, когато отворим кутията, или остава жива. Подобно на фотона, който преминавайки през единия процеп, се явява за наблюдателя както частица така и вълна. По този начин, измервайки например състоянията на електрона, получаваме два възможни отговора/състояния на електрона (спин нагоре или спин надолу).
Паралелните светове
Предвид на многото странности на квантовата теория академичната общност е предпазлива в тълкуването ѝ. Айнщайн например не може да приеме феномена на квантовото заплитане – необяснимата връзка между две частици без значение от разстоянието между тях. И докато физиците се опитваха да се измъкнат от абсурдността на теорията, дипломантът от Принстънския университет Хю Еверет умишлено наблегна именно на нея.
През 1954 г. Еверет предлага революционна интерпретация на квантовата механика, която академичната общност не приема сериозно. Основателите на квантовата теория намират работата на дипломанта за ненужна и парадоксална, като отбелязват, че тя няма нищо общо със Стандартния модел. С времето обаче идеите на австрийския физик привличат вниманието на космолозите, изучаващи еволюцията и структурата на Вселената.
Този интерес е разбираем, тъй като във Вселената има далечни и ненаблюдаеми области, които може да се подчиняват на неизвестни физични закони. Разбира се, хипотезата за група от множество вселени, съществуващи паралелно една до друга, няма доказателства, но в същото време тя произтича от принципите на квантовата механика и доста добре обяснява нейните странни прояви.
Колкото и абсурдна да изглежда работата на австрийския физик-теоретик, тя се основава на фундаменталния принцип на квантовата теория – корпускулярно-вълновия дуализъм. Еверет е предположил, че чрез измерване на въртенето на електрона в суперпозиция могат да се получат не само два възможни отговора, както гласи копенхагенската интерпретация. Това е така, защото всички квантови обекти могат да бъдат описани чрез вълнова функция, което означава, че те могат да бъдат в много състояния, преди да започнем да ги измерваме. По този начин резултатът от измерването невинаги може да бъде предвиден.
Най-общо казано, тезата на Еверет се отнася до универсалното значение на вълновата функция, описваща един квантов свят – безкраен набор от възможни състояния. Оттук произтичат паралелните светове (въпреки липсата на каквито и да било доказателства).
Еверет предлага, че в квантовата онтология има само един обект – вълновата функция – и само един начин за развитие на вълновата функция – чрез уравнението на Шрьодингер. Колапси не съществуват, няма фундаментално разделение между системата и наблюдателя, няма я специалната роля за наблюдателя“, обяснява физикът теоретик Шон Карол.
Това обаче не пречи на космолозите да поставят интерпретацията на Еверет в контекста на противоречиви космологични теории, като теорията на струните и космологичната инфлация. А полетът на фантазията традиционно е запазен за писателите и сценаристите, което дава достатъчно време да се разсъждава върху това какъв би могъл да бъде животът в една мултивселена.
Мултивселената на Хокинг и Пенроуз
Хю Еверет обаче не е единственият учен, който е готов да разглежда непопулярни и радикални хипотези. Така например през 2017 г. британският физик-теоретик Стивън Хокинг изказа предположението, че Вселената е ограничена и по-опростена, отколкото си мислим. Говорейки за мултивселената, Хокинг отбелязва, че светът не може да се сведе до една уникална вселена и вместо безкраен брой светове, вероятно има краен и малък брой от тях.
Носителят на Нобелова награда за физика сър Роджър Пенроуз също се отнася сериозно към темата за множествените светове. През 2020 г. той твърди, че Вселената може да е съществувала преди Големия взрив, което доказва съществуването на реликтово излъчване – слабо топлинно излъчване, което запълва равномерно Вселената. Счита се, че то съхранява отпечатъци от историята и еволюцията на Вселената.
Редица космолози подкрепят идеите на Пенроуз, въпреки че досега няма доказателства в тяхна подкрепа. Макар че малцина се съмняват, че Вселената се е родила след Големия взрив, какво се е случило преди него (и дали изобщо се е случило) е неизвестно.
Фотоните на Дейвид Дойч
Квантовата механика и нейните интерпретации изискват предпазлив и неспекулативен подход, но без нови идеи не може да се постигне напредък. Така, въпреки липсата на каквито и да било доказателства за съществуването на мултивселена, физикът теоретик Дейвид Дойч предлага ново тълкуване на интерференцията.
Допълвайки експеримента на Юнг, Дойч наблюдава преминаването на само един фотон през само един процеп. Полученият интерферентен модел разкрива:
„съществуването на кипящ, невероятно сложен, скрит свят от сенчести фотони и огромен брой паралелни вселени, подобни една на друга и подчинени на същите закони на физиката“, пише Дойч.
Мултивселената на Дойч обаче не е като хипотетичните светове, описани по-рано – в нея изцяло новите вселени спонтанно се отделят една от друга, подобно на множество мехурчета в чаша с шампанско. Някои от тези вселени изчезват бързо, други съществуват дълго време, а трети могат да се окажат убежище за интелигентен живот. Проблемът е, че евентуалните обитатели на тези сенчести светове никога няма да разберат за взаимното си съществуване.
Мултивселената на Дойч не прилича на предположенията на космолозите и писателите на научна фантастика, а се базира на взаимодействието на неизвестни за науката сенчести фотони с познатите ни кванти светлина. Тази мултивселена прилича на сложна композиция от подобни, но не идентични светове, които е невъзможно да бъдат преброени.
В своята книга „Тъканта на реалността“ Дойч излага редица аргументи, че броят на сенчестите вселени надхвърля трилион, а неговият подход е да разбере природата на реалността. Това, както знаем, изисква да се мисли нестандартно и да не се страхуваме от нови, понякога радикални идеи.
„От това следва, че реалността е много по-обширна, отколкото изглежда, и голяма част от нея е невидима“, пише той.
Дойч също така обединява физиката, математиката, философията, историята, еволюцията, пътуването във времето и мултивселената, като по този начин създава единна теория на Вселената. Въпреки че възприятието ни за света е ограничено, Дойч вярва, че именно знанието е ключът към разбирането на вселената и нашето място в нея.
Макар животът ни да е кратък и да няма ясна посока, поне можем да се гордеем със смелостта, с която обединяваме сили в опитите си да разберем неща, които са много по-велики от нас самите – Шон Карол, „Вечността. В търсене на най-висшата теория на времето“.