כיצד יקום מתנפח יכול ליצור ריבוי גוונים

מבט אינפרא אדום על קבוצת הכוכבים קרינה שצילם טלסקופ WISE.

(תמונה: © NASA / JPL-Caltech / UCLA)

פול מ. סוטר הוא אסטרופיסיקאי ב אוניברסיטת מדינת אוהיו, מארח של "תשאל איש חלל" ו- "רדיו שטח, "ומחבר הספר"מקומך ביקוםSutter תרם את המאמר הזה ל קולות המומחים של Space.com: Op-Ed & Insights.

זה מועדף מדע בדיוני רב-שנתי: עולמות אחרים, יקומים אחרים, אפשרויות אחרות, ממש מעבר לתחום הקוסמוס הידוע או סתם מהבהב של מכשיר קסם משם. אולי העולמות האחרים דומים להפליא לשל עצמם, למעט שינוי מעט מוזר בהיסטוריה. אולי הם שונים באופן קיצוני, עם מיני חיים חדשים ומוזרים ונפלאים. אולי הם כל כך שונים עד שהחוקים הבסיסיים של הפיזיקה אפילו לא חלים שם.

אני מדבר, כמובן, על המגוון הרב - האפשרות שישנם יקומים מובחנים אחרים אי שם בחוץ.

אבל האם הם קיימים?

מפריח בועות

הרעיון הרב-גוני מתגלה בכמה תחומים שונים של מדע, פילוסופיה ואפילו דת. בתוך הפיזיקה עצמה, האפשרות של עולמות אחרים מופיעה במכניקת הקוונטים (במיוחד באמצעות פרשנות "העולמות הרבים"), בה כל תוצאה אקראית באינטראקציה מסעירה יקומים חדשים בהם מתממשת כל תוצאה) ותורת המיתרים (בה סידורים שונים מממדים נוספים זעירים ומגולגלים מובילים לפיזיקה שונה ביקומים שלהם).

כיף לדבר על רעיונות אלה, אבל אולי הדרך הכי מפתה לריבוי היא דרך הבנתנו את הרגעים המוקדמים ביותר של היקום עצמו: תקופת האינפלציה.

כמיטב יכולתנו לדעת, היקום המוקדם ביותר עבר תקופה של התרחבות מהירה להפליאאינפלציה. מדענים משערים כי התקופה הזו הונעה על ידי שדה קוונטי אקזוטי - אנרגיה מבעבעת, מקציאה שנאפתה בוואקום של זמן החלל עצמו - שגרם ליקום כמעט לקרוע את עצמו בנפרד בעוצמת התפשטותו. אך עד מהרה, השדה ההוא איבד את גווניו ונרקם בתוך נחיל החלקיקים המאכלסים כיום את היקום של ימינו.

וזה היה בתקופה זו של אינפלציה שרב-רב היה סיכוי סביר להופיע. דמיין את היקום המוקדם, הנשלט על ידי אינפלציה, ככיכר ענקית של לחם עולה. הסיפור שסיפרתי זה עתה מניח שהאינפלציה מתחילה ונפסקת באופן אחיד בכל הקוסמוס; כל הכיכר מפסיק לעלות באותו הרגע.

אבל כל מה שהניע את האינפלציה היה שדה קוונטי, כלומר אנחנו לא יכולים להניח שהדברים כל כך פשוטים. חלקים מסוימים בשדה היו אנרגטיים באופן אקראי יותר מאחרים, ואילו כתמים אחרים היו יותר מרגיעים. זה רק הטבע האקראי של החיים בעולם קוונטי.

אז כיכר הלחם שלנו אינה אחידה בדיוק. חלקים מסוימים ממנו עשויים להפסיק לעלות, לצבוט את עצמם ולבודד את עצמם, בעוד שאר הכיכר ממשיכה לעלות. ומכיוון שתמיד יהיה חלק מהכיכר שעולה מהר מהממוצע, כעת תוכלו לדמיין כיכר לחם שממשיכה לעלות לנצח, עם פה ושם מעט פיסות וכיסים ותופסים אקראית חלק איטי ומצמצמים את עצמם.

כל אחד מאותם פיסות מצומצמות הוא היקום הייחודי שלו, רק בועה אחת של רבים במגוון הרב. מה שכן, פרטי סיום האינפלציה קובעים חבורה של תכונות פיזיקליות חשובות, כמו חוזק כוחות הטבע והמוני החלקיקים (הפרטים תלויים במודל האינפלציה המסוים). אנו מדברים על דברים כמו מסת האלקטרונים ומספר המינים החלקיקים. דברים חשובים באמת.

ומכיוון שכל אחד מאותם יקומי בועה מצומצמים, מסיים אינפלציה בצורה ייחודית ומיוחדת משלה, כל יקום הבועה מקבל מערכת פיזיקה ייחודית משלו.

תשובות מצטלבות

מכיוון שכל כיכר הלחם ממשיכה לעלות (מכיוון שתמיד יש חלק מזה עם קצב אינפלציה מהיר מהממוצע), מהר מאוד, אתה מקבל המון יקומים שכולם מבעבעים זה סביב זה. רב-גוניות. כל יקום נסגר לנצח מהאחרים. עם זאת, ישנם מקרים בהם הם יכולים להצטלב.

אם שני יקומים נצמדים מעט יחסית זה אחר זה, וקרובים זה לזה יחסית, הם עשויים להצטלב בקצרה לפני שהם מתנפחים אחד מהשני למשך שארית הנצח. ואם כן, צומת זו עלולה להשאיר חותם ב רקע מיקרוגל קוסמי מבין אותם יקומים, מעטפת האור המאובנת שנותרה מאז היקום היה בן 380,000 שנים.

דמיין שתי בועות סבון שמתחככות זו בזו; חותם זה ייקח צורה של מעגל בעל מראה מוזר בשמיים (שם "המוזרות" תלויה באיזה יקום אנו עשויים להצטלב). באופן טבעי, לא מצאנו שמץ כזה של ריבוי גוונים.

ללא ראיות ישירות, קשה לשפוט את הכדאיות של רעיון ריבוי האינפלציה. זו עשויה להיות תוצאה כללית של כל תיאוריות האינפלציה, כך שאם נצליח למצוא עדויות חזקות יותר לאינפלציה, אנו עשויים גם להדגים את קיומו של המגוון הרב. אבל נכון לעכשיו, אנחנו לא מבינים לגמרי את מכניקת האינפלציה, כך שזה לא הרבה מה להמשיך.

והנה שאלה נוספת שאפשר להרהר בה. אם שינית את הפיזיקה של היקום שלנו רק קצת, החיים כפי שאנו מכירים הם היו בלתי אפשריים. מדוע אנו מוצאים את עצמנו ביקום כה מיוחד, בו סוג החיים שלנו יכול לשרוד? האם אולי בגלל כל הבועות שנמצאות ברב-המגוון, כמובן שהיינו מוצאים את עצמנו באחד המעטים המסוגלים לעורר מודיעין? (או אחרת לא היינו מודעים לזה.) או שזה משהו הרבה יותר עמוק? האם זו אפילו שאלה למדע?

אולי ליקום אחר יש את כל התשובות.

למידע נוסף על ידי האזנה לפרק "האם אנחנו חיים במולטיברס?" בפודקאסט "שאל איש חלל", זמין ב -iTunes ובאינטרנט בhttp://www.askaspaceman.com. תודה ל- @ProducerEv, מתיו א ', טום ס', טאהא, אוליבר ה ', וולי ה', כריסטיאן ד ', קית' ג ', אלכס ז', מורטזה פ ', קנט ל', גבי פ 'וסלינקדרר לשאלות שהובילו ליצירה הזו! שאל את השאלה שלך בטוויטר באמצעות #AskASpaceman או על ידי עקוב אחר פול @PaulMattSutter ו facebook.com/PaulMattSutter.

• יקומים מקבילים: תיאוריות והוכחות
• העימות מול ריבוי המגוונים: מה המשמעות של 'יקומים אינסופיים'
• רב-או יקום? דיון בפיזיקאים