Hoe de wetenschap 'redelijk wetenschappelijke' hypothesen onderscheidt van 'onwetenschappelijke'
Het idee van andere universums is diep geworteld in sciencefiction. Maar zelfs buiten fictie, kan men redeneringen vinden over multiversum en vele parallelle werelden, dus besloot Attic uit te zoeken hoe dicht deze ideeën bij de echte fysica liggen.
Het multiversum, waarover Sean Carroll, een expert in kosmologie en de auteur van het onlangs in het Russische populaire boek “Eternity. Op zoek naar de ultieme theorie van de tijd”, is een hypothese over de structuur van ons universum buiten de grenzen van het gebied dat toegankelijk is voor onze waarneming.
Wat betekent het? De lichtsnelheid is beperkt en het universum breidt zich in alle richtingen uit - terwijl we maar een bepaald deel van de ruimte kunnen zien. En het is verre van het feit dat de wereld buiten zijn grenzen op dezelfde manier is gerangschikt als in de buurt van de aarde. Hypothetisch kan er bijvoorbeeld buiten de voor waarneming toegankelijke sfeer een totaal andere verhouding bestaan tussen gewone en donkere materie. Of helemaal niet - sommige andere fysieke principes werken, tot een toename van het aantal dimensies.
Illustratie: Anatoly Lapushko / Chrdk.
Gezond verstand zegt ons natuurlijk dat de eigenschappen van het universum overal hetzelfde moeten zijn. Maar 'gezond verstand' is niet erg goed voor de kosmologie, de wetenschap van ruimte-tijd op zeer grote schaal. De veronderstelling dat de substantie die we in het heelal kennen tien keer kleiner is dan een of andere mysterieuze donkere materie, was ook volledig in strijd met het gezond verstand, maar het is in zo'n wereld, die voornamelijk uit donkere materie bestaat, dat we vandaag leven. Het probleem met het idee dat het universum dramatisch verandert waar we het niet meer kunnen zien, is niet ongebruikelijk, maar dat zo'n idee niet kan worden getest.
Een universum met hypothetisch verschillende fysische wetten wordt het kosmologische multiversum genoemd. Zo'n universum is geometrisch één - in de zin dat er een ononderbroken lijn kan worden getrokken tussen twee van zijn punten zonder de constructie van portalen en andere exotische dingen. En dit kosmologische multiversum moet bijvoorbeeld niet worden verward met een meervoudig universum in de veelwereldeninterpretatie van de kwantummechanica.
Promotie video:
Quantummechanica uit vele werelden
Aan de andere kant van het 'schaalraster van het universum' bevindt zich een microkosmos, gebeurtenissen waarin de kwantummechanica beschrijft. We weten al dat elementaire deeltjes: elektronen, quarks, gluonen en hun andere neven, zich gedragen volgens regels die niet worden gevolgd in de wereld die we gewend zijn. Dus elk deeltje in de kwantummechanica kan worden gezien als een golf - en schijnbaar "vaste" atomen, die in de scheikundecursus op school worden voorgesteld als ballen, zullen zich als golven verspreiden als ze tegen een obstakel botsen. Elk kwantumobject wordt wiskundig niet beschreven als een bal of punt dat in de ruimte wordt begrensd, maar als een golffunctie - die tegelijkertijd op alle punten van zijn baan door de ruimte bestaat. We kunnen alleen de kans berekenen dat het op de een of andere plaats wordt gevonden. Hoeveelheden zoals het momentum van een deeltje,zijn energie en meer exotische kenmerken zoals spin worden ook berekend op basis van de golffunctie: we kunnen zeggen dat dit wiskundige object dat de hele ruimte beslaat de fundamentele basis is van de kwantummechanica en alle fysica van de 20e eeuw.
Berekeningen gemaakt op basis van golffuncties en operatoren (operators maken het mogelijk om specifieke grootheden uit de golffunctie te halen) komen uitstekend overeen met de werkelijkheid. Kwantumelektrodynamica is bijvoorbeeld tegenwoordig het meest nauwkeurige fysische model in de geschiedenis van de mensheid, en onder de kwantumtechnologieën zijn er lasers, alle moderne micro-elektronica, het snelle internet dat we gewend zijn en zelfs een aantal medicijnen: de zoektocht naar veelbelovende stoffen voor de geneeskunde wordt ook uitgevoerd door de interacties van moleculen te modelleren. met een vriend. Toegepast zijn kwantummodellen erg goed, maar op conceptueel niveau doet zich een probleem voor.
Golffuncties die overeenkomen met een elektron in een waterstofatoom op verschillende energieniveaus. Lichte gebieden komen overeen met het maximum van de golffunctie en op deze plaatsen is de kans het grootst dat het deeltje wordt gedetecteerd; de kans om hetzelfde elektron in de volgende kamer te vinden, hoewel verwaarloosbaar klein, is niet nul.
De essentie van dit probleem is dat kwantumobjecten kunnen worden vernietigd: bijvoorbeeld wanneer een foton (kwantum van licht) de cameramatrix raakt of gewoon botst met een ondoorzichtig oppervlak. Tot nu toe werd het foton perfect beschreven door de golffunctie, en na een moment verdwijnt de golf die zich in de ruimte uitstrekt: het blijkt dat een bepaalde verandering het hele universum beïnvloedde en sneller gebeurde dan de lichtsnelheid (hoe kan dit zelfs?). Dit is zelfs in het geval van een enkel foton problematisch, maar hoe zit het met de golffunctie van twee fotonen die vanuit één bron in twee tegengestelde richtingen worden uitgezonden? Als bijvoorbeeld zulke twee fotonen werden geboren nabij het oppervlak van een verre ster en een van hen werd op aarde gevangen door een telescoop, hoe zit het dan met de tweede, die vele lichtjaren verwijderd is? Formeel vormt het een enkel systeem met de eerste,maar het is moeilijk om een scenario voor te stellen waarin een wijziging in een deel van het systeem onmiddellijk wordt gecommuniceerd naar alle andere delen. Een ander voorbeeld van een kwantumsysteem, waarbij het verdwijnen van de golffunctie tot conceptuele problemen leidt, is de beroemde kat van Schrödinger, die in een gesloten doos zit met een apparaat dat, op basis van een probabilistisch kwantumproces, een ampul met
De meest gebruikelijke interpretatie van de kwantummechanica, Kopenhagen, suggereert simpelweg de paradox van de wereld te accepteren - en toe te geven dat ja, ondanks alles, de golf / het deeltje onmiddellijk verdwijnt. Het alternatief ervoor is de interpretatie van vele werelden. Volgens haar is ons universum een verzameling niet-interacterende werelden, die elk één kwantumtoestand vertegenwoordigen: wanneer je een doos met een kat opent, verschijnen er twee werelden - in een ervan leeft de kat en in de andere is hij dood. Wanneer een foton door een halfdoorzichtige spiegel gaat, wordt de wereld ook in tweeën gedeeld: in de ene wordt een kwantum licht gereflecteerd vanaf het oppervlak en in de andere niet. En zo leidt elk kwantumproces tot het ontstaan van steeds meer vertakkende werelden.
In theorie kunnen sommige van deze takken heel anders zijn dan die van ons. Eén atoom dat kort na de oerknal de verkeerde kant op vloog, had best kunnen leiden tot een andere verdeling van heet gas, de geboorte van sterren op totaal verschillende plaatsen en daarmee tot het feit dat de aarde in principe niet is ontstaan. Maar dit beeld kan geen probleem van de interpretatie van vele werelden worden genoemd. Het echte probleem is de onmogelijkheid om de juistheid van dit begrip van de kwantummechanica in de praktijk te verifiëren: de afzonderlijke componenten van het meervoudige universum hebben per definitie geen interactie met elkaar.
Het idee van tijdreizen en alternatieve universums is erg versleten sinds de dagen van klassieke fictie. Naast de beruchte term 'hitman' onder fans van het genre (een held uit onze tijd bevindt zich bijvoorbeeld in de tijd van Ivan de Verschrikkelijke), kan men zich de parodiefilm Kung Fury herinneren, van waaruit deze screenshot is gemaakt.
Ergens misschien is de aarde bewoond door intelligente dinosaurussen, ergens landde het Grote Mongoolse Rijk in 1564 op de manen van Jupiter, maar er zijn geen portalen tussen deze werelden - ze liepen uiteen als resultaat van kwantumprocessen in het verre verleden. Een theorie die de mogelijkheid zou suggereren om in een van deze werelden te komen, vanuit het oogpunt van de wetenschapsfilosofie, zou niet minder, maar meer wetenschappelijk zijn, aangezien men zou kunnen proberen het te testen.