„Cel mai neînțeles lucru din univers este acela că este de înțeles”, a spus odată Albert Einstein. În aceste zile, cu toate acestea, universul nu poate fi numit cu adevărat inteligibil sau chiar unic. Fizica fundamentală este în criză, cu două concepte populare deseori denumite „multivers” și „urât”, care înseamnă literal „univers multiplu” și „univers urât”.
Cum funcționează universul?
Susținătorii unui univers multiplu apără ideea existenței a nenumăratelor universuri, dintre care unele au fizică complet diferită și numărul de dimensiuni spațiale; în aceste universuri, tu, eu și toți ceilalți pot exista ca nenumărate copii. „Multiversul poate fi cea mai periculoasă idee în fizică”, a declarat cosmologul sud-african George Ellis.
Încă din primele zile de știință, descoperirea unei coincidențe improbabile a dus la necesitatea explicării, a căutării unei cauze și a unui motiv ascuns. Exemplele moderne includ acest lucru: legile fizicii par a fi bine ajustate pentru a permite ființelor inteligente să detecteze aceste legi - o coincidență care are nevoie de explicații.
Odată cu apariția multiversului, totul s-a schimbat: oricât de incredibilă ar fi coincidența, în miliarde de miliarde de universuri care alcătuiesc multiversul, cel puțin undeva - va fi. Și dacă coincidența pare să conducă la apariția unor structuri complexe, a vieții sau a conștiinței, nici nu ar trebui să ne mirăm că suntem într-un univers care ne permite să existăm în primul rând. Dar acest „raționament antropic”, la rândul său, presupune că nu putem prezice nimic. Nu există principii evidente pentru fizicienii CERN să caute noi particule. Și nu există o lege fundamentală care să se regăsească în spatele proprietăților aleatorii ale universului.
O altă problemă a devenit complet diferită, dar nu mai puțin periculoasă - „universul urât”. Potrivit fizicianului teoretic Sabina Hossenfelder, fizica modernă a fost confundată de atracția sa către „frumosul”, ceea ce a dus la apariția unor fantezii speculative elegante, matematic, fără legătură cu experimentele. Fizicienii sunt „pierduți în matematică”, spune ea. Iar ceea ce fizicienii numesc „frumusețe” sunt structuri și simetrii. Dacă nu ne putem baza pe astfel de concepte, diferența dintre înțelegere și conformarea pur și simplu a datelor experimentale va fi estompată.
Ambele probleme își au rădăcinile. „De ce legile naturii nu dau naiba despre ceea ce cred eu că este frumos?”, Întreabă Hossenfelder. Iar răspunsul este: nu le pasă. Desigur, natura ar putea fi complexă, confuză și de neînțeles - dacă ar fi clasică. Dar natura nu este așa. Natura este mecanică cuantică. Și deși fizica clasică este știința vieții noastre de zi cu zi, în care obiectele sunt separabile între ele, mecanica cuantică este diferită. Starea mașinii dvs. nu are legătură cu culoarea rochiei soției. Dar în mecanica cuantică, toate lucrurile sunt legate în mod cauzal între ele, pe care Einstein le-a numit „acțiune înfricoșătoare la distanță”. Astfel de corelații alcătuiesc structura, iar structura este frumoasă.
Video promotional:
În schimb, multiversul pare greu de negat. Mecanica cuantică, în special, o tratează bine. Tragerea electronilor individuali într-un ecran cu două fante duce la apariția unui model de interferență pe detectorul din spatele ecranului. În fiecare caz, se dovedește că electronul trece ambele fante de fiecare dată.
Fizica cuantică este știința din spatele exploziilor nucleare, smartphone-urilor și coliziunilor de particule - și este cunoscută pentru ciudatele sale, precum pisica lui Schrödinger suspendată între viață și moarte. În mecanica cuantică, realități diferite se pot suprapune între ele (cum ar fi „particula de aici” și „particula de acolo” sau „pisica este vie” și „pisica este moartă”), ca valurile de pe suprafața unui lac. Particulul poate fi jumătate aici și jumătate acolo. Aceasta se numește superpoziție și este cea care duce la apariția modelului de interferență.
Dezvoltată inițial pentru a descrie lumea microscopică, mecanica cuantică a arătat în ultimii ani că controlează obiecte din ce în ce mai mari, atât timp cât sunt izolate suficient de mediu. Cu toate acestea, din anumite motive, viața noastră de zi cu zi este protejată cumva de prea multe ciudăți cuantice. Nimeni nu a văzut vreodată o pisică pe jumătate moartă și, de fiecare dată când măsori poziția unei particule, obții un anumit rezultat.
Interpretarea directă presupune că toate opțiunile posibile sunt realizate, deși în realități diferite, dar paralele, ale „ramurilor Everett” - numite astfel după Hugh Everett, care a susținut pentru prima dată acest punct de vedere, cunoscut sub numele de interpretarea mai multor lumi ale mecanicii cuantice. „Multe lumi” ale lui Everett reprezintă de fapt un singur exemplu de multivers - unul din patru. Celelalte două sunt mai puțin interesante, iar a treia este „peisajul teoriei șirurilor” la care vom reveni mai târziu.
Recurgând la mecanica cuantică pentru a justifica frumusețea fizicii, se pare că sacrificăm unicitatea universului. Cu toate acestea, această concluzie se află doar la suprafață. Ceea ce este de obicei trecut cu vederea într-o astfel de imagine este faptul că multiversul Everett nu este fundamental. Este doar aparent sau „emergent”, după cum afirmă filosoful David Wallace de la Universitatea din sudul Californiei.
Pentru a înțelege acest punct, trebuie să înțelegeți principiul care stă la baza atât a măsurărilor cuantice, cât și a „acțiunii stranii la distanță”. Cheia ambelor fenomene este conceptul de „înțelegere”, care a fost subliniat în 1935 de Einstein, Boris Podolsky și Nathaniel Rosen: în mecanica cuantică, un sistem de două rotiri înfășurate cu sumă zero poate consta într-o superpoziție de perechi de rotiri cu direcții opuse de rotație cu incertitudine absolută în direcțiile de rotație ale individului se învârte. Înțelegerea este un mod natural de a combina părțile într-un întreg; proprietățile individuale ale elementelor constitutive încetează să existe în favoarea unui sistem general puternic legat.
Ori de câte ori un sistem cuantic este măsurat sau asociat cu mediul, încurcarea joacă un rol important: sistemul cuantic, observatorul și restul universului se împletesc. Din punctul de vedere al unui observator local, informațiile sunt împrăștiate într-un mediu necunoscut și începe procesul de „decoență”. Decoherence este un agent al clasicității: descrie pierderea proprietăților cuantice atunci când un sistem cuantic interacționează cu mediul său. Decoherence funcționează ca un fermoar între realitățile paralele ale fizicii cuantice. Din punctul de vedere al observatorului, universul „se împarte” în ramuri separate ale lui Everett. Observatorul observă o pisică vie sau o pisică moartă, dar nimic între ele. Pentru el, lumea pare a fi clasică, deși din punct de vedere global este încă mecanică cuantică. De fapt,din acest punct de vedere, întregul univers este un obiect cuantic.
Monismul cuantic
Și aici ne bazăm pe cel mai interesant concept al „monismului cuantic” propus de filosoful Jonathan Schaffer. Shaffer se gândea la întrebarea din ce este făcut universul. Conform monismului cuantic, stratul fundamental al realității nu constă din particule sau șiruri, ci din universul însuși, înțeles nu ca suma lucrurilor sale constitutive, ci mai degrabă ca o singură stare cuantică încurcată.
Gânduri similare au fost exprimate mai devreme, de exemplu, de către fizicianul și filozoful Karl Friedrich von Weizsacker: Preluarea mecanicii cuantice prezice serios o realitate cuantică unică, unificată, care stă la baza multiversului. Omogenitatea și fluctuațiile minuscule ale temperaturii fundalului microundelor cosmice, care indică faptul că universul observabil poate fi urmărit într-o singură stare cuantică, de obicei asociată cu câmpul cuantic al inflației primordiale, susțin această viziune.
Mai mult, această concluzie se extinde și la alte concepte multivers. Deoarece înțelegerea este universală, nu se limitează la bula noastră cosmică. Oricare ar fi multiversul, dacă îmbrățișezi monismul cuantic, totul va face parte dintr-un singur întreg: va exista întotdeauna un strat mai fundamental al realității care stă la baza multiversului în cadrul multiversului și acest strat va fi unic.
Atât monismul cuantic, cât și interpretarea multor lumi a lui Everett sunt previziuni ale mecanicii cuantice. Ele se disting doar prin perspectivă: ceea ce, din punctul de vedere al unui observator local, va arăta ca „multe lumi”, în realitate reprezintă un singur univers unic din punct de vedere global (de exemplu, o creatură care poate vedea întregul univers din exterior).
Cu alte cuvinte, multe lumi sunt monismul cuantic prin ochii unui observator cu informații limitate despre univers. De fapt, motivația inițială a lui Everett a fost să elaboreze o descriere cuantică a întregului univers în termeni de „funcție de undă universală”. Privește-l ca printr-o fereastră tulbure: natura este împărțită în mai multe bucăți, dar aceasta este doar o denaturare a perspectivei.
Monismul și lumile multiple pot fi evitate, dar numai dacă cineva schimbă formalismul mecanicii cuantice - de obicei, acest lucru este în conflict cu teoria specială a relativității a lui Einstein - sau cineva prezintă mecanica cuantică nu ca o teorie despre știință, ci ca despre cunoaștere: idei umane, dar nu știință.
În forma sa actuală, monismul cuantic ar trebui privit ca un concept cheie în fizica modernă: explică de ce „frumusețea” percepută ca structură, corelație și simetrie între sferele independente din exterior nu este un ideal estetic distorsionat, ci o consecință a împărțirii naturii de la un singur starea cuantică În plus, monismul cuantic înlătură, de asemenea, nevoia unui univers multiplu, deoarece prezice corelații realizate nu numai într-un singur univers născut, ci în orice ramură a multiversului.
În cele din urmă, monismul cuantic ar putea rezolva criza fizicii fundamentale experimentale, care se bazează pe coliziuni tot mai mari pentru a studia constituenți din ce în ce mai mici ai naturii. Pentru că cele mai mici componente nu vor fi stratul fundamental al realității. Studierea elementelor de bază ale mecanicii cuantice, a noilor domenii ale teoriei cuantice a câmpurilor sau a celor mai mari structuri din cosmologie poate fi la fel de mulțumitoare.
Toate acestea înseamnă că nu trebuie să oprim căutarea. Până la urmă, această dorință nu poate fi îndepărtată de noi. Undeva în adâncul de jos, există o realitate unică, inteligibilă și fundamentală.
Ilya Khel
