Cred că nu există un subiect din fizică care să fie mai fascinant decât cel a universurilor paralele sau, mai bine spus, cel al Multiversului. Este vorba numai despre o simplă speculație metafizică, numai bună de povestit unui public fascinat de tot felul de lucruri supranaturale? Este vorba despre o precupare științifică legitimă? Răspunsul este, în același timp, și ușor dar și greu de dat. Rândurile care urmează sunt numai o mică parte a răspunsurilor pe care am avut norocul să le găsesc de-a lungul ultimilor ani. Deși este un subiect fascinant, l-am abordat foarte rar.
Voi începe abrupt acest text spunându-vă că existența Multiversului este o preocupare științifică legitimă. Am constatat că, mai ales în ultimul deceniu, tot mai mulți oameni de știință, în special cei din domeniul cosmologiei, abordează acest subiect. Desigur, așa cum se întâmplă adesea, când este vorba despre subiecte care au un oarecare grad de straneitate, apar pe scenă tot soiul de personaje, adesea lipsite de un minimum de spirit critic, care translatează subiectul în zona unei pseudoștiințe naive.
Acum s-ar cuveni să încep prin a da o definiție a Multiversului. Este foarte greu de dat o definiție completă. Voi spune acum, foarte tehnic, că Multiversul este mulțimea, deocamdată ipotetică, a tuturor universurilor care pot exista, iar Universul nostru reprezintă doar unul dintre elemente. Nu este obligatoriu ca aceste universuri, care alcătuiesc Multiversul, să se supună acelorași legi ale fizicii (despre acest subiect am discutat într-un număr trecut al revistei). Sunt conștient că definiția aceasta este oarecum incompletă, dar, veți vedea, o voi completa pe măsură ce voi aduce în discuție anumite aspecte.
Acestea fiind zise, vă invit să purcedem împreună înspre fascinantul subiect al multiversului.
Inflația
La sfâșitul lunii aprile, anul acesta, Universitatea de Stat din Kansas găzduia o prelegere a lui Alan Guth, unul dintre cei mai mari cosmologi ai zielelor noastre, care în prezent este profesor la MIT. Sunt îndreptățit să presupun că sala în care Guth și-a susținut prelegrea a fost neîncăpătoare. Pe afișul care anunța evenimentul scria cu litere groase: ”Inflationary Cosmology: Is Our Universe Part of a Multiverse?” (Cosmologia inflaționară: Universul nostru este o parte a unui Multivers?).
Apoi urma un scurt rezumat al prelegerii, pe care am să-l citez în întregime. ”Voi începe prin a vă explica inflația, subliniind felul în care acest fenomen explică proprietățile fondului cosmologic de radiații […]. Acest fond cosmologic de radiații este incredibil de uniform, dar prezintă și o structură, alcătuită din fluctuații foarte mici, care pot fi atribuite inflației și comportării probabilistice a teoriei cuantice. Observațiile au demonstrat că aceste fluctuații sunt în acord cu modelele prezise de [teoria] inflației. Un aspect interesant al inflației este acelea că aproape toate versiunile ei conduc către inflația eternă: o dată ce inflația a început, ea va continua la nesfârșit, producând un Multivers, alcătuit din universuri locale (pocket universes), unul dintre ele fiind Universul în care trăim. Ideea Multiversului este speculativă, dar eu am să vă explic de ce trebuie să o luăm în serios.”
Trebuie să recunoșteți, dacă v-ați fi aflat în fața acestui afiș, și dacă ați fi știut cine este Alan Guth, v-ați fi făcut luntre și punte pentru a participa la această prelegere, chiar dacă ea se adresa unui public oarecum specializat. Sunt convins că Guth a explicat foarte bine câteva noțiuni mai puțin uzuale, cum ar fi inflația sau fluctuațiile fondului cosmologic de radiații. Am să încerc eu să compensez absența dv de la prelegerea sa.
Să ne ocupăm, mai întâi, un pic de inflație. Big Bang-ul este un concept destul de familiar pentru mulți dintre noi. Undeva în timp, în urmă cu circa 13,8 miliarde de ani, din nimicul primordial s-a născut spațiu-timpul și Universul nostru. Noi nu putem vedea, nici cu cele mai perfecționate instrumente de care dispunem prezent, acel moment. Abia la 380 000 de ani după Big Bang condițiile existente în Univers au lăsat fotonii liberi, Universul devenind transparent. Acești fotoni pot fi ”văzuți”, printre altele, cu ajutorul telescoapelor spațiale specializate, cum au fost Cobe, Wilkinson MAP și cum este Planck. Imaginea acestui Univers la 380.000 de ani după Big Bang pune o mare problemă, care poartă numele de ”problema orizontului”. Constatăm că Universul era foarte uniform, fluctuațiile fiind extrem de mici. Acesta este un paradox, deoarece la acel moment, atunci când Universul avea 380.000 de ani, diametrul său era de circa 90 de milioane de ani lumină. Zonele diametral opuse din acest Univers nu aveau cum să ”comunice” unele cu altele, pentru că, așa cum știm, viteza luminii este viteză limită în Universul nostru. Altfel spus, dacă nu introducem un fenomen suplimentar în teoria care modelează Big Bang-ul, ne aflăm în fața unui paradox, a unei constatări inexplicabile.
Alan Guth, cel din care citam mai devereme, a fost printre primii oameni de știință care au găsit o soluție pentru acest paradox. El a arătat că la un moment dat, foarte aproape de momentul nașterii Universului nostru, s-a produs un proces grandios pe care îl numim inflație. Chiar la începutul Universului, la circa 10 la puterea minus 36 secunde (o miliardime de miliardime de miliardime de miliardime de secundă) după Big Bang, Universul era perfect omogen și fiecare componentă a sa putea ”comunica” una cu alta. Și s-a întâmplat ceva grandios, așa cum vă spuneam. Aproape dintr-o dată, într-un interval de timp inimaginabil de scurt, de numai circa 10 la puterea minus 35 secunde (o sutime de milionime de miliardime de miliardime de miliardime de secundă), volumul universului a crescut de 10 la puterea 78 ori (asta înseamnă o creștere de un milion de miliarde de miliarde de miliarde de miliarde de miliarde de miliarde de miliarde de miliarde de ori a volumului Universului).
Acest proces colosal, pe care numerele aproape că nu ne ajută să ni-l imaginăm, pentru că nici măcar nu le putem vizualiza, reprezintă explicația pentru uniformitatea fondului cosmologic.
Scenariul pe care vi l-am prezentat mai sus este simplu și, din păcate, simplist. Lucrurile sunt ceva mai complicate.
Inflația eternă
Pentru că nu pot intra în detalii (ar echivala cu câteva pagini oarecum plictisitoare) îl voi cita pe rusul Andrei Linde dintr-un interviu realizat în numărul din octombrie 2006 de revista La Recherche.
”Rep.: De fapt, Universul nu este chiar atât de omogen, deoarece în el există galaxii, stele, chiar și oameni ca noi, care gândim la istoria Universului!
Andrei Linde: Da, din fericire. Ecuațiile care descriu câmpul scalar [acest câmp scalar ar fi energia vidului cuantic C.R.] sunt sensibile la un termen care ar corespunde unei vâscozități. La sfârșitul inflației, acest câmp scalar era atât de vâscos, încât micile fluctuații cuantice au înghețat. Ele pot fi regăsite în radiația cosmologică de fond, emisă la circa 380.000 de ani după Big Bang. Aceste neomogenități au dus la apariția marilor structuri [din Univers], pe care noi le vedem acum. Aveți dreptate, în ansamblul său Universul [Multiversul, C.R.] nu este omogen. Modelul nostru, al inflației eterne, implică faptul că alte fluctuații ale vidului cuantic continuă să producă alte bule inflaționare, alte bule de univers. În ansamblul său, Universul [Multiversul, C.R.] este un enorm fractal aflat în expansiune. Fiecare bulă s-a născut dintr-un vid cuantic, cu o valoare diferită a minimumului câmpului scalar. Valoarea acestui câmp scalar, [energia vidului cuantic, care determină legile fizicii dintr-un univers, C.R], are valori diferite, la fel ca văile dintre munți, care nu sunt toate la aceeași altitudine. […] Conform modelelor teoriei stringurilor, există 10 la puterea 1.000 de posibiltăți pentru minimumurile de energie. Altfel spus, există 10 la puterea 1.000 posibilități pentru legile fizicii!
Rep.: Asemenea bule se nasc și în prezent?
Andrei Linde: Desigur, universuri-bule se creează perpetuu. Nu trebuie să considerăm începutul Universului nostru ca pe un moment al singularității Big Bang-ului, ceea ce îi încurcă pe fizicieni, ci momentul inflației însăși. Universul [Multiversul, C.R.], în ansamblul său, nu are nici început, nici sfârșit, și este infinit, deoarece bulele se crează fără încetare. Aceasta este inflația eternă.”
Ați remarcat, sunt sigur, că am precizat între parantezele pătrate, că prin ”Univers în ansamblul său” Linde nu se referă la Universul nostru, ci la structura de nivel superior, care îl cuprinde. Acesta nu are are nici început, nici sfârșit. Universul în care trăim are cel puțin un început, acum 13,8 miliarde de ani.
Indiciile
Vedeți dumneavoastră? Avem o teorie foarte atrăgătoare, care împinge cosmologia dincolo de Big Bang-ul propriuzis, transformând Universul nostru într-o foarte mică părticică a unei entități mai mari: Multiversul. Cei care sunteți obișnuiți cu articolele pe care am onoarea sa le scriu pentru Ș&T știu deja ce urmează să afirm. Nici o teorie nu valorează prea mult câtă vreme nu există dovada care să o confirme. Avem o confirmare a inflației? Avem.
Vă reamintesc ce spunea Alan Guth, referindu-se la fondul cosmologic de radiații: ”Acest fond cosmologic de radiații este incredibil de uniform, dar prezintă și o structură, alcătuită din fluctuații foarte mici, care pot fi atribuite inflației și comportării probabilistice a teoriei cuantice. Observațiile au demonstrat că aceste fluctuații sunt în acord cu modelele prezise de [teoria] inflației.”
La ce observații de referă Guth? În iunie 2001, NASA lansa o sondă, numită MAP (Microwave Anisotropy Probe), care avea drept obiectiv obținerea de date cât mai precise despre fondul cosmologic de radiații (pe parcursul misiunii numele sondei a fost modificat, devenind Wilkinson MAP, în onoarea lui David Todd Wilkinson, un important membru al echipei care a construit sonda). Această sondă a colectat, timp de nouă ani, date despre fondul cosmologic de radiații. La vremea lor, acestea au ajutat la realizarea celei mai amănunțite hărți a Universului, așa cum arăta el la 380.000 de ani după Big Bang. (Abia ]n 2013, prin publicarea primului set de date obținute de sonda Planck a ESA, performanțele sondei WMAP au fost depășite.) Această hartă amănunțită demonstra existența unui anumit ”tipar” care ar confirma existența unei perioade inflaționare, imediat după Big Bang. Mai exista în acea hartă o anomalie, o inexplicabilă ”pată rece” despre câțiva oameni de știință (aș aminti-o aici pe Laura Mersini-Houghton, fizician la Universitatea North Carolina și pe Alexander Kashlinsky, cercetător la centrul Goddard al NASA) o vedeau ca pe o dovadă directă a existenței unui Univers paralel. Această pată rece ar fi consecința existenței unei altui univers, care a dus la o scădere a densității (și implicit a temperaturii) în acea zonă a Universului timpuriu. Lucrurile nu au mers mai departe în această direcție, deoarece s-a considerat că această ”pată rece” este mai degrabă o iluzie rezultată din precizia insuficientă a instrumentelor de la bordul sondei WMAP.
Numai că… a venit ziua de 21 martie 2013, zi în care cercetătorii de la ESA care au procesat datele transmise timp de 15 luni de către sonda Planck, care, ca și WMAP, are misiunea de a cartografia fondul cosmologic de radiații. Ei bine, datele mult mai detaliate ale sondei Planck au confirmat existența acestei ”pete reci”. Desigur, există și alte explicații pentru această uriașă zonă rece, dar, deocamdată, ipoteza conform căreia ea ar reprezenta un indiciu pentru existența unui univers paralel nu poate fi exclusă. Oricum ar fi, această pată rece reprezintă o mare enigmă și este posibil ca ea să forțeze o nouă revoluție în fizică. Această pată rece, asupra căreia mă voi opri mai mult cu o altă ocazie, m-a făcut să abordez acum subiectul Multiversului. (Acest text a fost scris în urmă cu 3 ani.
Între timp lucrurile s-au lămurit. O echipă internațională de cercetători, condusă de către István Szapudi, de la Universitatea din Hawaii, a analizat datele transmise de către setelitul WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer), al NASA, pentru a cartografia Universul, pe direcția așa numitei ”pete reci”, din fondul cosmologic de radiații. Rezultatele obținute au fost publicate în Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Conform lucrării, la o distanță de 2,8 miliarde de ani lumină de noi, pe direcția petei reci, se află un gol uriaș, care se întinde pe mai bine de 1,8 miliarde de ani lumină. Existența lui are implicații asupra luminii care vine din fondul cosmologic de radiații, deoarece el face ca ea să pară mai rece. Astfel pata rece a primit o explicație simplă, care nu mai necesită ipoteza multiversului)
Acum să rezumăm. Ipoteza inflației eterne implică existența altor bule de univers, altfel spus existența unui Multivers, din care Universul nostru reprezintă doar una dintre componente. Ipoteza inflației eterne a fost confirmată prin măsurătorile asupra fondului cosmologic de radiații, efectuate de către sondele WMAP și Planck. Mai mult decât atât o explicație pentru ”pata rece” observată în harta fondului cosmologic de radiații ar putea reprezenta o dovadă suplimentară pentru existența a cel puțin unui alt univers. Altfel spus: datele obținute până acum vin să susțină puternic, deși nu este vorba de o dovadă ”tare”, ipoteza Multiversului.
Cum ar arăta alte Universuri?
Dacă avem argumente pentru Multivers, atunci când vorbim despre caracteristicile universurilor paralele ne plasăm într-o zonă speculativă. Conform teoriei stringurilor există 10 la puterea 500 variante de univers, cu diferite legi de ”funcționare”. Într-unele viața este posibilă, în altele nu. Într-unele există materie, în altele numai lumină. Unele au trei dimensiuni spațiale, altele au mai multe, sau mai puține. Într-unele timpul se scurge dinspre trecut către viitor, în altele viitorul precede trecutul… Ne putem imagina aproape orice. Amintiți-vă ce ne spunea Linde: ”Universul [Multiversul, C.R.], în ansamblul său, nu are nici început, nici sfârșit, și este infinit, deoarece bulele se crează fără încetare.”
Max Tegmark, profesor de fizică la MIT, propunea o clasificare, pe patru niveluri, a acestor universuri paralele. Universurile de nivel I se supun acelorași legi ale fizicii ca și Universul nostru. Universurile de nivel II au funcționează după alte legi ale fizicii, putând avea și un alt număr al dimensiunilor spațiale. Universurile de nivel III sunt foarte ciudate (și controversate). Ele se bazează pe interpretarea, numită ”a lumilor multiple” (many worlds), dată mecanicii cuantice de către fizicianul Hugh Everett. Fără a intra în detalii, și fără a avea vreo pretenție de descriere exactă a acestui concept, voi spune că fiecare observare a Universului nostru, duce la apariția de noi universuri. Foarte simplist, am putea spune că fiecare decizie pe care o luăm duce la apariția de noi universuri. De exemplu, atunci când suntem la o bifurcare de drumuri și decidem să o luăm pe unul dintre ele, apare un nou univers…, asta dacă interpretarea mecanicii cuantice a lui Everett este corectă. Complicat, nu-i așa? Dar și mai complicate sunt Universurile de nivel IV. Numite și ”Ansamblul suprem” (Ultimate Ensemble), ele pot fi descrise numai apelând la alte structuri matematice decât cele pe care le folosim în Universul nostru.
Nu voi insista acum asupra acestei clasificări, pe care Tegmark o prezintă pe larg în revista Scientific American din februarie 2004, dar mi se par foarte atrăgătoare universurile aflate pe primul nivel, pentru că acestea sunt universuri în care funcționează aceleași legi ale fizicii ca și în Universul nostru. Sunt universuri foarte familiare nouă. În principiu, nu există nici o cale între aceste universuri. Funcționând după acelea și legi, Tegmark arată că există posibilitatea ca cel puțin într-unul dintre asemenea universuri să existe o copie a dumneavoastră. Cea mai apropiată dintre ele s-ar afla la 10 la puterea 10 la puterea 92 m distanță. Îmi este imposibil să scriu cu cifre sau cu cuvinte un asmenea număr, ar trebui să scriu un 1 urmat de 10 la puterea 92 zerouri. Ca un termen de comparație, raza Universului nostru, conform lui Tegmark, este de ”numai” 4 de înmulțit cu 10 la puterea 25 m. Mai mult decât atât, pot exista și copii ale Universului nostru. Tegmark calculează și distanța până la cel mai apropiat univers identic cu al nostru. Aceasta este de 10 la puterea 10 la puterea 118 m…
Concluzie
Țin să mai spun încă odată. Ipoteza Multiversului este una ce a trecut de mult de zona imaginarului, a speculațiilor lipsite de fundament. Deși controversată, pentru ea există argumente care, vreau să sper, vor deveni mai puternice pe măsură ce ne vom perfecționa instrumentele cu ajutorul cărora ne putem apropia de momentul începutului Universului nostru. Deocamdată avem informații directe doar despre ceea ce era el la circa 380.000 de ani după Big Bang. La un moment dat a existat o licărire de speranță. În ziua de 17 martie 2014 echipa BICEP2, anunța detectarea undelor gravitaționale primordiale, care s-au generat în primele momente de existență a Universului. Ele puteau fi o bună confirmare, indirectă, a Multiversului. Din păcate, nu a trecut mult timp și observațiile BICEP2 au fost infirmate. Despre acest subiect am scris aici.
Și totuși, chiar și acum, când închei acest text, încă mai sper, încă mai încerc să îmi imaginez dacă ar fi posibil să comunicăm cu eventualele civilizații dintr-un univers paralel.
