Paul Halpern: Nawet twardogłowi naukowcy bywają otwarci na ideę wieloświata

Ludzie żyją we Wszechświecie; to fakt. Kwestią sporną jest jednak to, czy Wszechświat znajduje się w morzu innych wszechświatów – wieloświecie.

Idea wieloświata jest tematem wielu filmów science fiction, ale to także realna możliwość (a raczej zbiór wielu możliwości), którą niektórzy naukowcy traktują poważnie.

Koncepcje wieloświatów pojawiają się w kilku gałęziach współczesnej fizyki. Dla przykładu, w mechanice kwantowej cząstka istnieje w superpozycji wszystkich możliwych stanów jednocześnie – do momentu, gdy ktoś spróbuje dokonać jej pomiaru. W tym momencie ta różnorodność znika, a obserwatorowi ukazuje się jeden stan fizyczny. Interpretacja „wielu światów” mechaniki kwantowej zakłada jednak, że wszystkie możliwe stany, które mógł pokazać pomiar, rozgrywają się w różnych wszechświatach, z których każdy ma innego obserwatora.

Interpretacja wielu światów jest prawdopodobnie najbardziej znaną naukową koncepcją wieloświata. Nie jest ona jednak jedyna. W swojej nowej książce The Allure of the Multiverse: Extra Dimensions, Other Worlds, and Parallel Universes (Powab wieloświata: dodatkowe wymiary, inne światy i wszechświaty równoległe), fizyk Paul Halpern z Saint Joseph’s University w Filadelfii zgłębia te potencjalne równoległe rzeczywistości, pokazując ich historie, ewolucje, filozofie oraz to, co mogą one wnieść do samej istoty nauki.

„Scientific American” rozmawiał z Halpernem o tym, jak koncepcja wieloświata współgra ze współczesną fizyką, jakie naukowcy mają na nią dowody i co to wszystko oznacza dla natury naszej egzystencji.

Czym właściwie jest wieloświat?
Istnieją różne koncepcje wieloświata: kulturowe i naukowe. Podejścia te bardzo się od siebie różnią. Koncepcje kulturowe odnoszą się do ludzkiego życia. Ludzie zastanawiają się, co by się stało, gdyby przeprowadzili się do innego miasta, podjęli inną pracę, zdecydowali się na inne hobby lub zawarli inny związek. Wyobrażają sobie ścieżki, których nie obrali, i próbują domyślić się, co by wtedy było.

W nauce występują dwie koncepcje wieloświata: wieloświat kwantowy i wieloświat kosmologiczny. Wieloświat kwantowy stanowi próbę odpowiedzi na pytania o to, co dzieje się podczas pomiarów w fizyce kwantowej i w jaki sposób ludzkie życie jest powiązane ze światem kwantowym. Kwestia ta została poruszona w 1957 roku przez młodego doktoranta, Hugh Everetta III, który wprowadził interpretację wielu światów. Postuluje ona, że różne możliwości prowadzą do różnych wszechświatów – i że ludzie doświadczają wielu rzeczywistości, ale tak naprawdę nie wiedzą niczego o swoich sobowtórach.

Istnieje również kosmologiczny wieloświat. Idea ta zakłada, że proces zwany inflacją, czyli gwałtowna ekspansja, która mogła zajść we wczesnym etapie życia Wszechświata, jest stosunkowo łatwy do osiągnięcia nie tylko w młodym Wszechświecie, ale i gdzie indziej, tak więc zachodzi cały czas. W jego wyniku powstają inne bąbelkowe wszechświaty, które się rozszerzają, ale ponieważ nasz Wszechświat również się rozszerzył, więc nie mamy z nimi kontaktu.

Jakie są właściwości Wszechświata, które sprawiają, że fizycy uważają, iż wieloświat może być poprawną interpretacją rzeczywistości?
Parametry naszego Wszechświata wydają się mieścić w zakresie odpowiednim do powstania galaktyk, gwiazd, planet i życia. Gdyby stałe określające moc różnych oddziaływań – grawitacji, elektromagnetyzmu i tak dalej – uległy niewielkiej zmianie, planety i życie, jakie znamy, nigdy by nie powstały. Jest to czasami nazywane problemem dostrojenia.

Jeden z powodów tego dostrojenia został zaproponowany przez fizyka Brandona Cartera około 1970 roku. Zasugerował on, że być może coś w naszej enklawie Wszechświata, a może nawet w całym Wszechświecie, jest wyjątkowe. Może więc powinniśmy pomyśleć o wszystkich innych możliwościach i zastanowić się, dlaczego znajdujemy się w tej odnodze Wszechświata, a nie w innych. I może to mieć coś wspólnego z faktem, że istnieje dużo możliwych wszechświatów, a my jesteśmy akurat w jednym z niewielu, w których mogą tworzyć się struktury i ostatecznie powstać znana nam forma życia. W większości innych wersji nas by nie było.

Problem z innymi wszechświatami polega na tym, że jeśli istnieją, to są poza naszą percepcją. Naukowcy nie mają obecnie sposobu na bezpośrednie przetestowanie idei wieloświata. W swojej książce przedstawia pan kilka pomysłów na testy pośrednie i zauważa, że w przyszłości możemy wymyślić sprytne eksperymenty bezpośrednie. Ale co to znaczy, że wieloświat jest obecnie niemożliwy do przetestowania?
W fizyce istnieją obecnie inne koncepcje, których nigdy nie da się bezpośrednio przetestować. Na przykład Wszechświat rozszerza się i przyspiesza, a światło ma skończoną prędkość, więc nigdy nie będziemy w stanie zobaczyć części Wszechświata, które znajdują się poza pewnym promieniem. Możemy jedynie spekulować na temat tego, co dzieje się dalej niż około 46 mld lat świetlnych. Możliwe jednak, że poza tą odległością natura kryje w sobie niespodzianki, o których nigdy się nie dowiemy.

Niepewność kwantowa również nakłada ograniczenia na to, co możemy zaobserwować jednocześnie. Ze względu na zasadę nieoznaczoności Heisenberga nie moglibyśmy, nawet w teorii, wyznaczyć równocześnie pozycji i pędów wszystkich cząstek we Wszechświecie.

Faktem jest, że fizyka wyewoluowała do punktu, w którym istnieje wiele rzeczy niedających się bezpośrednio zmierzyć. Jeśli możemy wymyślić teorię, która wyjaśnia wszystko w obserwowalnym Wszechświecie, ale wymaga odniesienia do wieloświata, to znajdzie się grupa naukowców, którzy powiedzą: „cóż, musimy zaakceptować sytuację z bytami, o których nigdy się nie dowiemy”. Będą też tacy, którzy uparcie zechcą poszukiwać innych możliwości.

Myślę, iż wszyscy zgodziliby się, że byłoby najlepiej, gdyby udało się opracować teorię Wszechświata, która byłaby spójna, wszechobejmująca i nie opierała się na rzeczach nieobserwowalnych, ale nie wiadomo, czy tak się kiedykolwiek stanie.

Niektórzy badacze twierdzą, że jeśli czegoś nie da się przetestować w tradycyjny sposób, to nie jest to nauka – to pseudonauka. Czy według pana celem nauki jest próba odkrycia prawdy o Wszechświecie, czy po prostu ograniczenie się do rzeczy, które można udowodnić za pomocą eksperymentów?
Ludzkość ma ambicję, aby próbować zrozumieć wszystko w swoim świecie, a obecnie nawet w całym Wszechświecie. Jesteśmy bardzo zuchwałą grupą ludzi żyjących na planecie, która jest stosunkowo niewielką częścią wszystkiego. Używamy naszych instrumentów, aby spróbować zrozumieć to na tyle, na ile jest możliwe. Wykorzystujemy różne narzędzia, a jednym z nich jest fizyka teoretyczna; innym – bezpośrednia obserwacja. Mamy nadzieję, że metody te są ze sobą zgodne, ale czasami występuje opóźnienie. Pojawiają się wyniki eksperymentów, których teoria nie wyjaśnia. Czasem pojawiają się modele teoretyczne – takie jak ogólna teoria względności – które są na tyle przekonujące, że zostają od razu zaakceptowane bez obserwacji, a dopiero później nauka dostarcza potwierdzenia eksperymentalnego.

Mamy w teorii ekscytujące pomysły, których przetestowanie może zająć trochę czasu, więc trzeba uzbroić się w cierpliwość. Ale oczywiście, jeśli pojawi się lepsza teoria, która będzie pasować do testów eksperymentalnych, ludzie za nią podążą. Nie zawsze będą czekać na potwierdzenie pierwszej teorii.

Czy uważa pan, że większość fizyków jest otwarta na ideę wieloświata?
Kiedy przeprowadzałem wywiady z różnymi ludźmi, spotkało mnie kilka niespodzianek. Niektórzy badacze, o których myślałem, że są twardogłowymi naukowcami, kierującymi się wyłącznie obserwacjami, okazali się bardzo otwarci na ideę wieloświata. Z kolei inni, którzy mają własne, być może daleko idące koncepcje, ustawiali granicę, mówiąc: „nie, nie chcemy wieloświata, ale możemy rozważać inne rzeczy”.

Różni teoretycy mają różne gusta. Granice dla jednego badacza mogą być zupełnie inne niż dla drugiego. Wiąże się z tym pewna doza osobistej filozofii.

Myślę, że ludzie zawsze pozostaną ludźmi, z własnymi preferencjami – nawet w naukach ścisłych.
Nawet jeśli jesteś z wykształcenia fizykiem i opierasz swoje rozumowanie na prawach fizyki, takich jak ogólna teoria względności i fizyka kwantowa, zawsze jest miejsce na preferencje filozoficzne. Są fizycy, którzy naprawdę uważają, że czas jest iluzją, a inni wolą myśleć, iż jest on rzeczywisty. To graniczy z filozofią, ponieważ jest trudno, a nawet niemożliwe, wyjść poza czas i powiedzieć: „hej, chwileczkę, to wszystko to tylko złudzenie, w rzeczywistości świat jest bezczasowy”. Przecież nie możemy tego zrobić. Możemy więc tylko spekulować na temat tego, czy czas naprawdę fizycznie upływa, czy też w rzeczywistości czas i przestrzeń są na tym samym poziomie, a my znajdujemy się w jakiejś iluzorycznej krainie, w której czas płynie wyłącznie w naszych umysłach.

Czy jest jakaś nadrzędna idea, którą chciałby pan przekazać w The Allure of the Multiverse?
Pragnąłbym, aby ludzie docenili zakres możliwości fizyki teoretycznej – nawet w przypadku kwestii, które są już powszechnie zaakceptowane, takich jak ogólna teoria względności i fizyka kwantowa – i zrozumieli, jak wielką tajemnicą jest fakt, że wszystkie te rozwiązania w jakiś sposób znalazły się we Wszechświecie, który obserwujemy dzisiaj. To tajemnica, dlaczego rzeczy są takie, jakie są, jeśli wziąć pod uwagę wszystkie możliwe opcje.

***

Sarah Scoles jest dziennikarką i redaktorką popularnonaukową z Kolorado współpracującą z „Scientific American” i „Popular Science” oraz starszą redaktorką „Undark”. Jej najnowsza książka to Countdown: The Blinding Future of Nuclear Weapons (Odliczanie: oślepiająca przyszłość broni jądrowej), Bold Type Books, 2024.