1964-ben Arno Penzias és Robert Wilson fizikusok a Bell Labs-ban dolgoztak Holmdelben, New Jersey-ben, és ultraérzékeny mikrohullámú vevőket...
1964-ben Arno Penzias és Robert Wilson fizikusok a Bell Labs-ban dolgoztak Holmdelben, New Jersey-ben, és ultraérzékeny mikrohullámú vevőket állítottak fel a rádiócsillagászati megfigyelésekhez.
Bármit is tettek, nem tudták megszabadítani a vevőket a háttérzajoktól, amelyek érthetetlen módon úgy tűntek, hogy minden irányból egyszerre érkeznek. Penzias felvette a kapcsolatot a Princeton Egyetem fizikusával, Robert Dicke-vel, aki szerint a rádiózaj kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás (CMB) lehet, amely az univerzumot kitöltő ősi mikrohullámú sugárzás.
És ez a CMB felfedezésének története. Egyszerű és elegáns.
Felfedezésükért Penzias és Wilson megkapta az 1978-as fizikai Nobel-díjat, és jó okkal. Munkájukkal a kozmológia új korszakába léptünk, lehetővé téve a tudósok számára, hogy soha nem látott módon tanulmányozzák és megértsék univerzumunkat.
Mégis, ez a felfedezés a közelmúlt történelmének egyik legmeglepőbb megállapításához vezetett: a CMB egyedi tulajdonságai lehetnek az első közvetlen bizonyítékai a multiverzumnak, az ismert univerzumon túl létező világok és idegen népek végtelenjének.
Ennek a rendkívüli állításnak a megértéséhez azonban először vissza kell térni a tér és az idő kezdetéhez.
A világegyetem története
A világegyetemünk keletkezésének széles körben elfogadott elmélete szerint az ősrobbanás utáni első néhány százezer évben univerzumunkat rendkívül forró plazma töltötte ki, amely magokból, elektronokból és fotonokból állt, amelyek szétszórták a fényt.
Körülbelül 380 000 éves korára univerzumunk folyamatos terjeszkedése következtében 2700 Celsius fok alatti hőmérsékletre hűlt, ami lehetővé tette az elektronok egyesülését a magokkal, hogy semleges atomokat képezzenek, a szabad elektronok elnyelése pedig lehetővé tette, hogy a fény megvilágítsa a sötétséget.
Ennek a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzásnak (a korábban említett CMB) bizonyítékát fedezte fel Penzias és Wilson, és ez segített a kozmológia ősrobbanás elméletének megalapozásában.
Az eonok folyamán a folyamatos expanzió alig 2400 Celsius fok hőmérsékletre hűtötte univerzumunkat, de ez a hőmérséklet nem volt egyenletes. A hőmérséklet különbségek abból adódnak, hogy az anyag nem egyenletesen oszlik el az univerzumban. Úgy gondolják, hogy ezt apró kvantumsűrűség-ingadozások okozzák, amelyek közvetlenül az ősrobbanás után következtek be.
Az egyik folt, az Eridanus csillagkép a déli féltekéről nézve különösen hideg a környezetéhez képest. A "hideg folt" névre keresztelt régióról a tudósok eredetileg azt hitték, hogy ez egy "szuperűr," egy olyan terület, amely a normálnál jóval kevesebb galaxist tartalmaz.
Aztán 2017-ben a brit Durham Egyetem Extragalaktikus Csillagászati Központjának kutatói olyan kutatásokat tettek közzé, miszerint a hideg folt mégsem szuperűr.
Ehelyett ez bizonyíték lehet az idegen világegyetemekre.
A durhami professzor, Tom Shanks javasolta az általa "egzotikusabb" magyarázatként a hideg foltot. Munkájában Shanks azzal érvelt, hogy a hideg foltot "univerzumunk és egy másik buborék univerzum ütközése okozta ... A hideg foltot tekinthetjük a multiverzum első bizonyítékának - és más univerzumok milliárdjai is létezhetnek, mint a miénk."
Korábban a fizikusok, köztük Anthony Aguirre, Matt Johnson és Matt Kleban rámutattak, hogy a buborék univerzumunk és a multiverzumban található újabb buborékok közötti ütközés valójában lenyomatot hoz létre a kozmikus háttérsugárzásban. Ezenkívül megjegyezték, hogy ez kerek foltnak tűnik, amelynek magasabb vagy alacsonyabb a sugárzási intenzitása.
Úgy tűnik, Shanks javaslata megfelel a megfigyeléseknek, de vajon ez a tulajdonság valóban bizonyíték-e az univerzumok végtelen sokaságára, amelyek a miénken kívül is léteznek?
A multiverzum törvényei
Ma három fő versengő elmélet magyarázza, hogyan működhet a multiverzum: a koppenhágai értelmezés, a "hullámfüggvény sok világa vagy ága" értelmezés és a húrelmélet "párhuzamos sávjai".
A húrelméletet hagyjuk máskorra, és koncentráljunk a másik két magyarázatra.
Az összes lehetséges állapotot, amelyben egy objektum létezhet, az objektum koherens szuperpozíciójának nevezzük, és ez az objektum "hullámfüggvényéből" áll.
A kvantummechanika megköveteli a sima, teljesen determinisztikus hullámfüggvényt - egy matematikai kifejezést, amely információt ad egy részecskéről számos lehetőség formájában annak elhelyezkedésére és jellemzőire vonatkozóan. Szükség is van valamire, amely megvalósítja e lehetőségek egyikét, és megszünteti az összes többit.
A vélemények azonban eltérnek arról, hogy ez hogyan történik, de a legelterjedtebb elméletben, amelyet koppenhágai értelmezésnek neveznek, ez a hullámfüggvény megfigyelésével vagy a hullámfüggvény a "klasszikus" világ valamely részével való találkozásával történik. Ez a valószínűség vagy a hullámfüggvény "összeomlását" okozza, és egy adott állapotba kényszeríti a részecskét.
A koppenhágai értelmezést az 1920-as években Niels Bohr és Werner Heisenberg fizikusok dolgozták ki, akik azzal érveltek, hogy egy részecskének csak akkor van anyagi létezése, ha azt mérésnek (megfigyelésnek) vetik alá.
A koppenhágai értelmezés lényegében egy kitaláció volt, és sokak számára nem kielégítő.
1935-ben Erwin Schrödinger osztrák-ír fizikus a koppenhágai értelmezéssel fogalmazta meg a problémát híres gondolatkísérletével, Schrödinger macskája néven.
Ebben az elméleti kísérletben egy macskát egy lezárt dobozba helyezünk egy kis radioaktív anyaggal és egy Geiger-számlálóval együtt. Ha a Geiger-számláló észleli a radioaktív anyag bomlását, az elindítja a mérgezőgáz felszabadulását, amely megöli a macskát.
Amíg a doboz lezárva van, a macska szuperpozícióban van, ahol egyszerre élő és halott. A macska csak a doboz kinyitásakor kényszerül egyik vagy másik állapotba. Schrödinger rámutatott, hogy ez nevetséges, és hogy a kvantum szuperpozíció nem működhet olyan nagy tárgyakkal, mint a macskák, mert lehetetlen, hogy egy szervezet egyszerre élő vagy halott legyen. Így érvelése szerint a koppenhágai értelmezésnek eleve hibásnak kell lennie.
Számos alternatívát javasoltak a koppenhágai értelmezéshez. Például a "rejtett változók" megközelítést, amelyet többek között Albert Einstein és David Bohm támogatott, ami azt sugallja, hogy a hullámfüggvényt ideiglenes fixként kell kezelni, amíg a fizikusok végül nem találnak valami jobbat. Életének végén Heisenberg felvetette, hogy a probléma maga a valóság fogalmával van. Azt javasolta, hogy a hullámfüggvény a valóság "közepes" szintjét képviseli.
A legegyenesebb megközelítés lehet a "sok világ" értelmezés megközelítése, amelyet 1957-ben a Princeton Egyetemen egy Hugh Everett nevű végzős hallgató vetett fel először. Everett fizikát tanult John Archibald Wheeler alatt, aki az univerzum szövetét a kvantumingadozások kavargó, szubatomi birodalmának, egyfajta "kvantumhabnak" nevezett.
Az "Univerzális hullámfunkció elmélete" című disszertációjában Everett azt állította, hogy az univerzális hullámfüggvény valós és nem omlik össze, mint a koppenhágai értelmezésben. Ebben az esetben a kvantummérés minden lehetséges eredménye megvalósul valamilyen "világban" vagy univerzumban, és ennek a logikának az alapján nagyon nagy, vagy végtelen számú univerzumnak kell lennie.
Everett sok világ kvantumfizika értelmezése kevés támogatást kapott a szélesebb fizikai közösség részéről, és Everett az egész tudományos életét az egyetemen kívül töltötte. Olyan határozottan hitt Everett az elméletében, hogy mindent elfogyasztott, három csomag cigarettát szívott el naponta, feleslegesen ivott, és nem volt hajlandó tornázni. 1982 júliusában Hugh Everett hirtelen halt meg 51 éves korában szívrohamban.
Akarata szerint Everettet elhamvasztották, hamvait pedig a szemétbe dobták. 1996-ban Everett lánya, Elizabeth megölte magát, és búcsúlevele szerint ő is azt akarta, hogy hamvait dobják a szemétbe, hogy "a megfelelő párhuzamos univerzumba kerülhessen, hogy találkozhasson apjával".
Everett fia, Mark Oliver Everett alapította az "Eels" nevű rockcsapatot, amelynek zenéjét gyakran a család, a halál és az elveszett szerelem témái töltik meg.
Stephen Hawking és a multiverzum
A híres brit fizikus, Stephen Hawking 2018. március 14-én hunyt el, miután évtizedeket töltött kerekesszékben és beszédszintetizátortól függve, mivel amiotrófiás laterálszklerózisban szenvedett. Hawking utolsó, tíz nappal halála előtt megjelent kutatási cikkét Thomas Hertoggal, a belgiumi KU Leuveni Egyetem elméleti fizika professzorával együtt írták, és a multiverzumot érintette.
A "Zökkenőmentes kilépés az örök inflációból?" című cikkben Hawking és Hertog azt javasolta, hogy az ősrobbanás utáni gyors téridő tágulás többször is megtörténhet, univerzumok sokaságát hozva létre.
Ez az inflációelmélet kibővítése volt, ez a jelenleg is érvényes elmélet, miszerint az ősrobbanás valójában nem a kezdet volt. Az inflációs elmélet azt sugallja, hogy az ősrobbanás előtt az univerzum tele volt energiával, amely maga a tér része volt, és ezen energia miatt a tér exponenciális sebességgel tágult. Ez az energia okozta az ősrobbanást.
Mivel azonban az infláció, mint minden más, kvantum jellegű, bizonyára különböző helyeken végződött, miközben a helyek közötti tér tovább tágult. Ez viszont azt jelenti, hogy a térnek vannak olyan területei, ahol az infláció véget ér, és megkezdődik az ősrobbanás, de ezek a régiók soha nem találkozhatnak egymással, mivel az egymást felfújó térségek választják el őket.
Egy interjúban Hawking az inflációs elmélettel magyarázta aggályait, mondván: "Az örök infláció szokásos elmélete azt jósolja, hogy világegyetemünk globálisan olyan, mint egy végtelen fraktál, különböző zsebuniverzumok mozaikjával, amelyet egy felfúvódó óceán választ el. A fizika és a kémia helyi törvényei zsebuniverzumonként eltérőek lehetnek, amelyek együttesen multiverzumot alkotnának. De soha nem rajongtam a multiverzumért. Ha a különböző univerzumok skálája a multiverzumban nagy vagy végtelen, akkor az elmélet nem tesztelhető."
Ehelyett a két tudós azt jósolta, hogy az univerzum, legalábbis a legnagyobb léptékben, valójában sima és véges. Elméletük a holográfia fogalmát használja, amely leírja, hogy a fizikai valóság bizonyos 3D-s terekben matematikailag hogyan redukálható 2D vetületekre egy felületen. Ennek a koncepciónak az alkalmazásával képesek voltak az örök inflációt egy időtlen állapotra redukálni, amelyet maga az idő kezdetén egy térfelület határoz meg.
Hertog és Hawking ezután új elméletükben azt jósolták, hogy az örök tágulásból fakadó világegyetem véges és sokkal egyszerűbb, mint az örök infláció létező elmélete által megjósolt végtelen fraktálszerkezet.
Hawking kifejtette, hogy "nem egyetlen, egyedi univerzumban vagyunk, de eredményeink a multiverzum jelentős csökkenését, a lehetséges univerzumok sokkal kisebb tartományát jelentik."
Ez az elméletet nemcsak prediktívebbé, de tesztelhetőbbé is teszi.
És ha Hawkingnak és Hertognak, Everettnek és Laura Mersini-Houghtonnak, Tegmarknak és Greene-nek és sok más fizikusnak igaza van, akkor valahol, egy másik univerzumban éppen abban a pillanatban, amikor ezt a cikket olvasod, Hawking pont sétál és a fizikáról beszélget. (1)
(1) - https://interestingengineering.com/the
