Teori alam semesta paralel disebut. Apakah alam semesta paralel itu ada? Sepuluh fakta untuk

Gagasan tentang Multiverse (yaitu, banyak alam semesta yang ada secara paralel) telah memenuhi pikiran para ilmuwan sejak pertengahan abad ke-20. Teori ini memiliki penentang dan pembela yang gigih (misalnya, Sheldon Cooper dari sitkom “The Big Bang Theory”). Tapi apa yang membuat orang serius mempertimbangkan kemungkinan ini? Mungkinkah di suatu tempat di alam semesta paralel Anda duduk dan membaca teks yang sama, mungkin dengan sedikit perubahan? Anehnya, ada beberapa bukti yang sangat mendukung konsep ini. Atau tidak, itu tergantung penampilan Anda.

Lantas, apa yang dibuktikan oleh gagasan alam semesta paralel?

Kucing Schrödinger

Eksperimen pemikiran Schrödinger yang terkenal menunjukkan bahwa dalam mekanika kuantum terdapat situasi ketika partikel elementer - kuanta - dapat berada di dua posisi sekaligus. Oleh karena itu, kucing malang yang berada di dalam kotak bisa hidup dan mati sampai Anda membuka tutupnya - tergantung bagaimana Anda memandang partikel tersebut. Bagaimana hal ini mungkin terjadi di dunia fisik sulit untuk dipahami. Itu sebabnya eksperimen tersebut disebut paradoks.

Multiverse menghilangkan masalah ini dengan menjelaskan secara tepat bagaimana hal ini mungkin terjadi. Hanya ada dua kenyataan: yang pertama, semuanya baik-baik saja dengan kucing. Dan yang kedua... Tapi jangan membicarakan hal-hal yang menyedihkan.

Alam Semesta Tanpa Batas

Ketidakterbatasan alam semesta sulit untuk dipahami, namun secara umum para ilmuwan tampaknya telah memahaminya. Sifat alam semesta ini juga membuktikan kemungkinan adanya alam semesta paralel. Ingat hipotesis bahwa jika monyet dalam jumlah tak terhingga menggedor-gedor kunci dalam waktu tak terhingga, cepat atau lambat mereka akan mengetik “Perang dan Damai”? Hal yang sama berlaku untuk materi: jika Anda membuat objek baru dalam jumlah tak terhingga, cepat atau lambat objek tersebut akan terulang kembali dan menciptakan dunia yang hampir sama dengan dunia kita. Ini akan menjadi alam semesta paralel yang sama.

Ledakan besar

Selain bagaimana alam semesta bisa menjadi tak terbatas, orang juga bertanya-tanya bagaimana alam semesta bisa ada. Apa yang menyebabkan terjadinya Big Bang?

Multiverse mungkin mencoba menjelaskan hal ini. Jika kita berasumsi bahwa realitas paralel itu ada - ya, ya, paralel! - maka mereka mungkin tidak bersentuhan sama sekali, bersebelahan dalam dimensi yang tidak dapat diakses oleh indra kita (kita hanya mengetahui tiga dimensi, ditambah keempat kalinya). Kontak alam semesta yang tidak disengaja dapat menyebabkan akibat yang sangat buruk, menyebabkan Big Bang. Dengan demikian, alam semesta paralel terus diperbarui, terus-menerus memulai kembali satu sama lain.

Perjalanan waktu

Ya, perjalanan waktu adalah hal yang mustahil. Tetapi jika kita hanya mempertimbangkan Alam Semesta kita! Dalam hal ini, paradoks penjelajah waktu, yang digambarkan berkali-kali dalam literatur fiksi ilmiah dan bioskop, tidak bisa dihindari. Menghancurkan kupu-kupu secara tidak sengaja, mendorong seseorang, atau melakukan sesuatu yang tidak penting di masa lalu dapat membuat perbedaan besar di masa depan.

Alam semesta paralel memecahkan masalah ini. Sekali di masa lalu, Anda menemukan diri Anda dalam realitas paralel di mana peristiwa-peristiwa terjadi yang telah lama berlalu dalam realitas Anda. Dan perubahan dalam dirinya mengubah dirinya, tetapi tidak dunia Anda. Meski kupu-kupu tetap tidak perlu dihancurkan.

Alam semesta paralel cocok dengan logika pengetahuan

Mempelajari dunia sekitar bagi seseorang sepanjang sejarahnya adalah perjuangan melawan ego manusia. Pada mulanya orang mengira bumi adalah pusat alam semesta. Kemudian mereka setuju dengan Matahari, secara tidak sengaja mengirimkan beberapa ilmuwan ke tiang pancang. Lebih jauh lagi: Matahari hanyalah sebuah bintang kecil di pinggiran salah satu miliaran galaksi. Mengikuti logika ini, kemungkinan besar kita sendiri tidak unik dan hanya salah satu dari sekian banyak varian diri kita yang ada di alam semesta paralel. Kita hanya bisa berharap, setidaknya secara paralel, kita menjalani gaya hidup sehat dan tidak melakukan hal bodoh.

Berdasarkan HowStuffWorks.com

Kami akan fokus pada multiverse tingkat pertama - versi ini lebih mudah dipahami dibandingkan versi lainnya. Pada tingkat pertama, kita juga memiliki peluang yang cukup besar untuk menemukan bukti yang membuktikan bahwa multiverse itu nyata.

Banyak alam semesta mengikuti prediksi matematis dari teori-teori yang sudah ada, dan multiverse tingkat pertama diprediksi oleh gagasan yang sangat dihormati dan kuat dalam fisika: inflasi.

Apa yang kita maksud dengan "alam semesta"?

Untuk memahami gagasan tentang banyak alam semesta, pertama-tama kita perlu mendefinisikan apa yang dimaksud dengan “alam semesta”. Definisi kita tentang “alam semesta” telah berubah lebih dari satu kali, misalnya, ketika kita menemukan teleskop pertama, melihat ke luar angkasa dan mengetahui bahwa bintang-bintang tidak menempel di langit dengan paku, dan Bumi tidak sendirian di luar angkasa.

Namun alam semesta jauh lebih besar daripada yang bisa kita lihat dengan teleskop, kata Johnson. Alam semesta kita hanyalah sebuah bola cahaya yang memiliki cukup waktu untuk mencapai kita. Jika kita menunggu satu miliar tahun lagi, kita akan melihat lebih banyak lagi dan pemahaman kita tentang alam semesta akan meningkat lagi, kata Tegmark.

Seseorang yang berdiri di planet yang jaraknya triliunan tahun cahaya akan memiliki gambaran yang sangat berbeda tentang "alam semesta" berdasarkan seberapa banyak cahaya yang jatuh ke planet mereka.

Menurut definisi, kita tidak mungkin mencapai alam semesta gelembung lainnya, karena tidak ada cara untuk melakukan perjalanan lebih cepat dari cahaya. Meski kita tidak bisa melihatnya, para fisikawan yakin jejak kelahiran mereka masih bisa dideteksi.

Dimana buktinya?

Gagasan di balik inflasi adalah bahwa pada awal mulanya, Alam Semesta kita mengalami periode ekspansi yang cepat (segera setelah Big Bang) ketika ruang berukuran nanometer tiba-tiba meledak melintasi jarak 250 juta tahun cahaya dalam waktu kurang dari sepertriliun detik.

Begitu inflasi dimulai, inflasi tidak pernah berhenti sepenuhnya. Di beberapa wilayah ruang-waktu berhenti, di mana wilayah ruang berubah menjadi gelembung seperti alam semesta yang kita lihat di sekitar kita, namun di tempat lain ruang terus mengembang. Jika perluasannya tidak terbatas, dan banyak yang percaya demikian, maka gelembung-gelembung alam semesta baru akan terus-menerus terbentuk. Ini meninggalkan jejak gelembung. Kita melayang melintasi ruangwaktu di Jacuzzi alam semesta yang berbusa.

Sekali lagi, tidak ada cara untuk berkomunikasi dengan alam semesta gelembung lainnya karena kita tidak dapat melakukan perjalanan lebih cepat dari cahaya. Namun secara teoritis kita bisa membuktikan bahwa mereka ada. Dan inilah caranya.

Saat alam semesta gelembung kita pertama kali terbentuk, sangat mungkin ia bertabrakan dengan alam semesta gelembung lain yang terbentuk di sekitar kita. Kecil kemungkinan kita masih dekat dengan mereka, karena perluasan ruang-waktu yang sedang berlangsung membawa kita semakin jauh.

Namun, dampak tabrakan awal bisa saja mengirimkan riak melalui latar belakang gelombang mikro kosmik (panas yang tersisa dari Big Bang). Secara teoritis, kita bisa melihat riak-riak ini menggunakan teleskop. Dia akan menjadi piringan yang berubah warna - seperti memar di tubuh dengan latar belakang gelombang mikro.

Jones mencari “memar” seperti itu, tetapi banyak hal bergantung pada seberapa cepat gelembung alam semesta lainnya muncul dan berapa banyak dari mereka yang mungkin ada. Jika gelembungnya sedikit, kita mungkin tidak akan menemukannya sama sekali.

Teleskop Luar Angkasa Planck saat ini sedang mengamati langit untuk mencari bukti tabrakan dengan alam semesta lain.

Multiverse di dalam LHC

Fisikawan yang berbeda mempunyai teori yang berbeda tentang multiverse. Versi ini muncul dari teori string, serta gagasan tentang keberadaan banyak dimensi lain yang tidak dapat kita akses (seperti dalam situasi di mana karakter McConaughey berada dalam film ""). Beberapa fisikawan berpendapat bahwa alam semesta paralel mengintai di dimensi ekstra ini.

Ide multiverse ini juga bisa diuji.

Fisikawan akan mencari lubang hitam mikroskopis di Large Hadron Collider, yang dibuka baru-baru ini. Tidak mungkin menghasilkan lubang hitam di LHC, namun menurut teori ini, sangat mungkin tercipta lubang hitam mikroskopis yang akan langsung menguap. Kehadiran lubang hitam berarti gravitasi alam semesta kita bocor ke dimensi ekstra.

“Karena gravitasi dapat keluar dari alam semesta kita ke dimensi ekstra, model seperti itu dapat diuji dengan mendeteksi lubang hitam mini di LHC,” Mir Faisal. - Kami menghitung energi yang dapat digunakan untuk mendeteksi lubang hitam ini dalam pelangi gravitasi. Jika kita menemukan lubang hitam pada energi ini, kita akan mengetahui bahwa teori pelangi gravitasi dan teori dimensi ekstra sama-sama benar."

Ini akan menjadi bukti kuat bagi teori string dan alam semesta paralel, dan juga akan membantu menjelaskan mengapa gravitasi jauh lebih lemah dibandingkan gaya fundamental lainnya.

Namun belum ada konfirmasi serius. Hanya keraguan.

“Saya hanya percaya apa yang didukung oleh bukti eksperimental yang konkrit dan dapat diverifikasi, dan konsep alam semesta paralel tentu saja tidak dapat membanggakan hal tersebut,” kata Brian Greene, fisikawan teoretis di Universitas Columbia.

Masalahnya, kata Johnson, adalah fisikawan menjauh dari diskusi filosofis tentang banyak alam semesta. Beberapa hanya ingin menguji sebuah ide. Yang lain menganut teori radikal dan tidak dapat diuji. Tegmark mengatakan dia akan mencoba eksperimen bunuh diri kuantum ketika dia sudah tua dan lemah. Tapi semoga saja dia hanya bercanda.

Multiverse adalah konsep ilmiah yang menunjukkan adanya banyak alam semesta paralel. Ada sejumlah hipotesis yang menjelaskan keanekaragaman dunia ini, sifat dan interaksinya.

Keberhasilan teori kuantum tidak dapat disangkal. Bagaimanapun, itu, bersama dengan itu, mewakili semua hukum dasar fisika yang dikenal di dunia modern. Meskipun demikian, teori kuantum masih menimbulkan sejumlah pertanyaan yang belum ada jawaban pastinya. Salah satunya adalah “masalah kucing Schrödinger” yang terkenal, yang dengan jelas menunjukkan lemahnya landasan teori kuantum, yang terbentuk berdasarkan prediksi dan kemungkinan suatu peristiwa tertentu. Intinya adalah bahwa ciri suatu partikel, menurut teori kuantum, adalah keberadaannya dalam keadaan yang sama dengan jumlah semua kemungkinan keadaannya. Dalam hal ini, jika kita menerapkan hukum ini pada dunia kuantum, ternyata kucing adalah jumlah dari keadaan kucing hidup dan kucing mati!

Meskipun hukum teori kuantum berhasil digunakan dalam penerapan teknologi seperti radar, radio, telepon seluler, dan Internet, kita harus menghadapi paradoks di atas.

Dalam upaya untuk memecahkan masalah kuantum, apa yang disebut “teori Kopenhagen” dibentuk, yang menyatakan bahwa keadaan kucing menjadi pasti ketika kita membuka kotak dan mengamati keadaannya, yang sebelumnya tidak terbatas. Namun, jika teori Kopenhagen diterapkan, katakanlah, Pluto baru ada sejak ditemukan oleh astronom Amerika Clyde Tombaugh pada 18 Februari 1930. Hanya pada hari inilah fungsi gelombang (keadaan) Pluto tercatat, dan sisanya runtuh. Namun usia Pluto diketahui lebih dari 3,5 miliar tahun, yang menunjukkan adanya masalah dengan penafsiran Kopenhagen.

Pluralitas Dunia

Solusi lain terhadap masalah kuantum diusulkan oleh fisikawan Amerika Hugh Everett pada tahun 1957. Dia merumuskan apa yang disebut “interpretasi banyak dunia atas dunia kuantum”. Menurutnya, setiap kali suatu benda berpindah dari keadaan tidak pasti ke keadaan tertentu, benda tersebut terpecah menjadi beberapa keadaan yang mungkin. Mengambil contoh kucing Schrödinger, ketika kita membuka kotaknya, muncul alam semesta dengan skenario kucing mati dan muncul alam semesta di mana ia masih hidup. Jadi, ia berada di dua keadaan, tetapi di dunia paralel, yaitu semua fungsi gelombang kucing tetap valid dan tidak ada satupun yang runtuh.

Hipotesis inilah yang digunakan banyak penulis fiksi ilmiah dalam karya fiksi ilmiah mereka. Pluralitas dunia paralel menunjukkan adanya sejumlah peristiwa alternatif, yang menyebabkan sejarah mengambil arah berbeda. Misalnya, di beberapa negara, Armada Spanyol yang tak terkalahkan tidak dikalahkan atau Reich Ketiga memenangkan Perang Dunia Kedua.

Penafsiran yang lebih modern terhadap model ini menjelaskan ketidakmungkinan interaksi dengan dunia lain karena kurangnya koherensi fungsi gelombang. Secara kasar, pada titik tertentu, fungsi gelombang kita berhenti berosilasi seiring dengan fungsi dunia paralel. Maka sangat mungkin kita bisa hidup berdampingan di sebuah apartemen dengan “teman sekamar” dari alam semesta lain, tanpa berinteraksi dengan mereka dengan cara apa pun, dan, seperti mereka, yakin bahwa Alam Semesta kita adalah alam semesta yang nyata.

Faktanya, istilah “banyak dunia” tidak sepenuhnya tepat untuk teori ini, karena teori ini mengasumsikan satu dunia dengan banyak varian peristiwa yang terjadi secara bersamaan.

Kebanyakan fisikawan teoretis setuju bahwa hipotesis ini luar biasa fantastis, namun hipotesis ini menjelaskan permasalahan teori kuantum. Namun, sejumlah ilmuwan tidak menganggap penafsiran banyak dunia itu ilmiah, karena tidak dapat dikonfirmasi atau disangkal dengan menggunakan metode ilmiah.

Dalam kosmologi kuantum

Saat ini, hipotesis pluralitas dunia kembali menjadi perhatian ilmiah, karena para ilmuwan bermaksud menggunakan teori kuantum bukan untuk objek apa pun, tetapi untuk menerapkannya ke seluruh Alam Semesta. Kita berbicara tentang apa yang disebut “kosmologi kuantum”, yang sekilas terlihat tidak masuk akal bahkan dalam rumusannya. Pertanyaan dalam bidang keilmuan ini berkaitan dengan Alam Semesta. Ukuran alam semesta yang sangat kecil pada tahap pertama pembentukannya cukup konsisten dengan skala teori kuantum.

Dalam hal ini, jika dimensi Alam Semesta berada pada orde , maka dengan menerapkan teori kuantum padanya, kita juga dapat memperoleh keadaan Alam Semesta yang tidak terbatas. Yang terakhir ini menyiratkan keberadaan alam semesta lain di negara bagian berbeda dengan probabilitas berbeda. Maka keadaan semua dunia paralel secara total memberikan satu “fungsi gelombang Alam Semesta”. Berbeda dengan penafsiran banyak dunia, alam semesta kuantum ada secara terpisah.

Seperti yang Anda ketahui, ada masalah dalam menyempurnakan Alam Semesta, yang menarik perhatian pada fakta bahwa konstanta fundamental fisik yang menentukan hukum dasar alam di dunia dipilih secara ideal untuk keberadaan kehidupan. Jika massa proton sedikit lebih kecil, pembentukan unsur-unsur yang lebih berat dari hidrogen tidak mungkin terjadi. Masalah ini dapat diselesaikan dengan menggunakan model multiverse, yang mewujudkan banyak alam semesta paralel dengan nilai fundamental berbeda. Maka kemungkinan keberadaan beberapa dunia ini kecil dan mereka “mati” segera setelah lahir, misalnya menyusut atau terbang terpisah. Lainnya, yang konstanta-konstantanya membentuk hukum fisika yang tidak bertentangan, kemungkinan besar tetap stabil. Menurut hipotesis ini, multiverse mencakup sejumlah besar dunia paralel, yang sebagian besar “mati”, dan hanya sejumlah kecil alam semesta paralel yang memungkinkan mereka ada untuk waktu yang lama, dan bahkan memberikan hak atas kehadiran makhluk cerdas. kehidupan.

Dalam teori string

Salah satu bidang fisika teoretis yang paling menjanjikan adalah. Ini berkaitan dengan deskripsi string kuantum - objek satu dimensi yang diperluas, yang getarannya tampak bagi kita dalam bentuk partikel. Tujuan awal teori ini adalah untuk menyatukan dua teori fundamental: relativitas umum dan teori kuantum. Ternyata kemudian, hal ini dapat dilakukan dengan beberapa cara, sehingga terbentuklah beberapa teori string. Pada pertengahan tahun 1990-an, sejumlah fisikawan teoretis menemukan bahwa teori-teori ini merupakan contoh berbeda dari sebuah konstruksi tunggal, yang kemudian disebut "teori-M".

Keunikannya terletak pada keberadaan membran 11 dimensi tertentu, yang benang-benangnya menembus Alam Semesta kita. Namun, kita hidup di dunia dengan empat dimensi (tiga koordinat spasial dan satu waktu), kemana perginya dimensi lainnya? Para ilmuwan berpendapat bahwa mereka menutup diri dalam skala yang sangat kecil, yang belum dapat diamati karena kurangnya perkembangan teknologi. Pernyataan ini mengikuti masalah matematika murni lainnya - sejumlah besar "kekosongan palsu" muncul.

Penjelasan paling sederhana untuk konvolusi ruang yang tidak dapat kita amati, serta adanya vakum palsu, adalah multiverse. Fisikawan string mengandalkan gagasan bahwa ada sejumlah besar alam semesta lain yang tidak hanya memiliki hukum fisika yang berbeda, tetapi jumlah dimensinya juga berbeda. Jadi, membran Alam Semesta kita dalam bentuk yang disederhanakan dapat direpresentasikan sebagai sebuah bola, sebuah gelembung di permukaan tempat kita hidup, dan 7 dimensinya berada dalam keadaan “runtuh”. Maka dunia kita, bersama dengan alam semesta membran lainnya, adalah sesuatu seperti gelembung sabun yang mengapung di hyperspace 11 dimensi. Kita yang berada di ruang 3 dimensi tidak dapat keluar darinya, sehingga tidak mempunyai kesempatan untuk berinteraksi dengan alam semesta lain.

Seperti disebutkan sebelumnya, sebagian besar dunia paralel dan alam semesta sudah mati. Artinya, karena hukum fisika yang tidak stabil atau tidak sesuai dengan kehidupan, substansinya dapat direpresentasikan, misalnya, hanya dalam bentuk akumulasi elektron dan yang tidak berstruktur. Alasannya adalah keragaman kemungkinan keadaan kuantum partikel, nilai konstanta fundamental yang berbeda, dan jumlah dimensi yang berbeda. Patut dicatat bahwa asumsi tersebut tidak bertentangan dengan prinsip Copernicus, yang menyatakan bahwa dunia kita tidaklah unik. Karena, meskipun dalam jumlah kecil, mungkin ada dunia yang hukum fisikanya, meskipun berbeda dengan hukum kita, masih memungkinkan terbentuknya struktur kompleks dan munculnya kehidupan berakal.

Validitas teori

Meskipun hipotesis multiverse terdengar seperti sesuatu yang keluar dari buku fiksi ilmiah, hipotesis ini memiliki satu kelemahan: mustahil bagi para ilmuwan untuk membuktikan atau menyangkalnya menggunakan metode ilmiah. Namun terdapat matematika kompleks di baliknya dan sejumlah teori fisika yang signifikan dan menjanjikan bergantung padanya. Argumen yang mendukung multiverse disajikan dalam daftar berikut:

Ini adalah landasan bagi keberadaan penafsiran mekanika kuantum di banyak dunia. Salah satu dari dua teori lanjutan (bersama dengan interpretasi Kopenhagen) yang memecahkan masalah ketidakpastian dalam mekanika kuantum.
Menjelaskan alasan adanya penyempurnaan alam semesta. Dalam kasus multiverse, parameter dunia kita hanyalah salah satu dari banyak kemungkinan pilihan.
Inilah yang disebut “lanskap teori string”, karena memecahkan masalah kekosongan palsu dan memungkinkan kita menjelaskan alasan mengapa sejumlah dimensi alam semesta kita terlipat.

Didukung oleh , yang paling menjelaskan ekstensinya. Pada tahap awal pembentukan Alam Semesta, kemungkinan besar alam semesta terbagi menjadi dua atau lebih alam semesta, yang masing-masing berevolusi secara independen satu sama lain. Model kosmologis alam semesta standar modern, Lambda-CDM, didasarkan pada teori inflasi.

Kosmolog Swedia Max Tegmark mengusulkan klasifikasi berbagai dunia alternatif:

Alam semesta di luar alam semesta kita yang terlihat.
Alam semesta dengan konstanta fundamental dan jumlah dimensi lain, yang, misalnya, dapat ditempatkan pada membran lain, menurut teori-M.
Alam semesta paralel muncul berdasarkan interpretasi mekanika kuantum banyak dunia.
Ansambel terakhir adalah semua kemungkinan alam semesta.

Belum ada yang bisa dikatakan tentang nasib masa depan teori multiverse, tetapi saat ini teori multiverse menempati tempat terhormat dalam kosmologi dan fisika teoretis, dan didukung oleh sejumlah fisikawan terkemuka di zaman kita: Stephen Hawking, Brian Greene, Max Tegmark, Michio Kaku, Alan Guth, Neil Tyson dan lainnya.

Evolusi telah memberi kita intuisi tentang fisika sehari-hari yang penting bagi nenek moyang kita;

oleh karena itu, segera setelah kita melampaui kehidupan sehari-hari, kita dapat mengharapkan hal-hal aneh.

Namun kita tidak akan pernah diberi kesempatan untuk melihat kehidupan kita yang lain. Jarak terjauh yang bisa kita lihat adalah jarak yang bisa ditempuh cahaya dalam 14 miliar tahun sejak Big Bang. Jarak antara objek terjauh yang terlihat dari kita adalah sekitar $43\cdot 10^(26)$ m; ia menentukan wilayah Alam Semesta yang dapat diamati, yang disebut volume Hubble, atau volume cakrawala kosmik, atau sekadar Alam Semesta. Alam semesta kembaran kita berbentuk bola dengan ukuran yang sama dan berpusat di planetnya. Ini adalah contoh paling sederhana dari alam semesta paralel, yang masing-masingnya hanyalah sebagian kecil dari alam semesta super.

Definisi “alam semesta” menunjukkan bahwa alam semesta akan selamanya berada dalam bidang metafisika. Namun, batas antara fisika dan metafisika ditentukan oleh kemungkinan pengujian teori secara eksperimental, dan bukan oleh keberadaan objek yang tidak dapat diamati. Batasan fisika terus berkembang, termasuk gagasan yang semakin abstrak (dan sebelumnya bersifat metafisik), misalnya tentang Bumi bulat, medan elektromagnetik tak kasat mata, pelebaran waktu dengan kecepatan tinggi, superposisi keadaan kuantum, kelengkungan ruang, dan lubang hitam. Dalam beberapa tahun terakhir, gagasan tentang alam semesta super telah ditambahkan ke daftar ini. Hal ini didasarkan pada teori yang telah terbukti—mekanika kuantum dan relativitas—dan memenuhi kedua kriteria dasar ilmu empiris: prediktif dan dapat dipalsukan. Para ilmuwan mempertimbangkan empat jenis alam semesta paralel. Pertanyaan utamanya bukanlah apakah alam semesta super itu ada, namun berapa banyak tingkatan yang dimilikinya.

tingkat I
Melampaui cakrawala kosmik kita

Alam semesta paralel rekan kita merupakan alam semesta super tingkat pertama. Ini adalah tipe yang paling tidak kontroversial. Kita semua mengenali keberadaan benda-benda yang tidak kita lihat, namun dapat kita lihat dengan berpindah ke tempat lain atau sekadar menunggu, sambil menunggu sebuah kapal muncul dari (di luar cakrawala. Benda-benda yang terletak di luar cakrawala kosmik kita memiliki status serupa. Ukuran wilayah alam semesta yang dapat diamati bertambah satu tahun cahaya setiap tahunnya seiring cahaya mencapai kita dari wilayah yang semakin jauh, di luar wilayah tersebut terdapat jarak tak terhingga yang belum terlihat. Kita mungkin akan mati jauh sebelum wilayah lain berada dalam jangkauan pengamatan, namun jika perluasan Alam Semesta membantu, keturunan kita akan dapat melihatnya melalui teleskop yang cukup kuat.

Tingkat I alam semesta super tampak sangat jelas. Bagaimana mungkin ruang tidak terbatas? Apakah ada tanda "Awas! Akhir Ruang" di suatu tempat? Jika ruang angkasa ada ujungnya, apa yang ada di baliknya? Namun, teori gravitasi Einstein menantang intuisi ini. Alam semesta berbentuk bola, toroidal, atau “pretzel” dapat memiliki volume yang terbatas, tanpa batas. Latar belakang radiasi gelombang mikro kosmik memungkinkan untuk memverifikasi keberadaan struktur tersebut. Namun, bukti sejauh ini menentangnya. dan pembatasan ketat diberlakukan pada semua opsi lainnya.

Pilihan lainnya adalah: ruang tidak terbatas, namun materi terkonsentrasi di area terbatas di sekitar kita. Dalam salah satu versi model “pulau Alam Semesta” yang pernah populer, diterima bahwa dalam skala besar, materi dijernihkan dan memiliki struktur fraktal. Dalam kedua kasus tersebut, hampir semua alam semesta di alam semesta super Tingkat I seharusnya kosong dan tak bernyawa. Studi terbaru tentang distribusi tiga dimensi galaksi dan radiasi latar belakang menunjukkan bahwa distribusi materi cenderung seragam dalam skala besar dan tidak membentuk struktur yang lebih besar dari 1024 m. Jika tren ini terus berlanjut, maka ruang di luar Alam Semesta yang dapat diamati akan menjadi lebih besar penuh dengan galaksi, bintang, dan planet.

Bagi pengamat di alam semesta paralel tingkat pertama, hukum fisika yang sama berlaku seperti bagi kita, tetapi dalam kondisi awal yang berbeda. Menurut teori modern, proses yang terjadi pada tahap awal Big Bang menghamburkan materi secara acak, sehingga kemungkinan besar akan muncul struktur apa pun. Para kosmolog menerima bahwa Alam Semesta kita, dengan distribusi materi yang hampir seragam dan fluktuasi kepadatan awal sekitar 1/105, sangatlah khas (setidaknya di antara alam semesta yang terdapat pengamat). Perkiraan berdasarkan asumsi ini menunjukkan bahwa salinan terdekat Anda berada pada jarak 10 pangkat $10^(28)$ m. Pada jarak 10 pangkat $10^(92)$ m seharusnya terdapat sebuah bola dengan radius 100 tahun cahaya, identik dengan radius di pusat tempat kita berada; sehingga segala sesuatu yang kita lihat di abad mendatang juga akan dilihat oleh rekan-rekan kita di sana. Pada jarak sekitar 10 pangkat $10^(118)$ m dari kita, seharusnya ada volume Hubble yang identik dengan volume kita.

Perkiraan ini diperoleh dengan menghitung kemungkinan jumlah keadaan kuantum yang dimiliki volume Hubble jika suhunya tidak melebihi 108 K. Jumlah keadaan tersebut dapat diperkirakan dengan mengajukan pertanyaan: berapa banyak proton yang dapat ditampung oleh volume Hubble pada suhu ini ? Jawabannya adalah $10^(118)$. Namun, setiap proton dapat ada atau tidak ada, memberikan 2 pangkat $10^(118)$ kemungkinan konfigurasi. Sebuah “kotak” yang berisi begitu banyak volume Hubble mencakup semua kemungkinan. Ukurannya adalah 10 pangkat $10^(118)$ m. Di luar itu, alam semesta, termasuk alam semesta kita, pasti akan terulang kembali. Kira-kira angka yang sama dapat diperoleh berdasarkan perkiraan termodinamika atau gravitasi kuantum dari total kandungan informasi Alam Semesta. Namun, kembaran terdekat kita kemungkinan besar lebih dekat dengan kita daripada yang diperkirakan, karena proses pembentukan planet dan evolusi kehidupan mendukung hal ini. Para astronom memperkirakan bahwa volume Hubble kita berisi setidaknya $10^(20)$ planet yang dapat dihuni, beberapa di antaranya mungkin mirip dengan Bumi.

ULASAN: Alam semesta SUPER

Pengamatan astronomi menunjukkan bahwa alam semesta paralel bukan lagi sebuah metafora. Ruang tampaknya tidak terbatas, yang berarti segala sesuatu yang mungkin menjadi nyata. Di luar jangkauan teleskop, terdapat wilayah ruang angkasa yang identik dengan wilayah kita dan dalam hal ini merupakan alam semesta paralel. Para ilmuwan bahkan bisa menghitung seberapa jauh mereka dari kita.
Ketika para kosmolog mempertimbangkan beberapa teori kontroversial, mereka sampai pada kesimpulan bahwa alam semesta lain mungkin memiliki sifat dan hukum fisika yang sangat berbeda. Keberadaan alam semesta seperti itu dapat menjelaskan ciri-ciri Alam Semesta kita dan menjawab pertanyaan mendasar tentang hakikat waktu dan kemampuan dunia fisik untuk diketahui.

Oleh karena itu, teori alam semesta super dapat diuji dan ditolak, meskipun kita tidak dapat melihat alam semesta lain. Kuncinya adalah memprediksi apa itu ansambel alam semesta paralel dan menemukan distribusi probabilitasnya, atau yang oleh para ahli matematika disebut sebagai ukuran ansambel tersebut. Alam semesta kita pastilah salah satu yang paling mungkin terjadi. Jika tidak, jika dalam kerangka teori alam semesta super, Alam Semesta kita ternyata mustahil, maka teori ini akan menemui kesulitan. Seperti yang akan kita lihat nanti, masalah pengukuran bisa menjadi sangat akut.

Tingkat II
Domain pasca-inflasi lainnya

Jika sulit bagi Anda untuk membayangkan alam semesta super tingkat I, maka cobalah membayangkan alam semesta super tersebut dalam jumlah tak terbatas, beberapa di antaranya memiliki dimensi ruang (waktu) yang berbeda dan dicirikan oleh konstanta fisik lainnya. Bersama-sama mereka membentuk suatu tingkat Alam semesta super II diprediksi oleh teori inflasi abadi yang kacau balau.

Teori inflasi adalah generalisasi dari teori Big Bang yang menghilangkan kekurangan teori Big Bang, seperti ketidakmampuannya menjelaskan mengapa Alam Semesta begitu besar, homogen, dan datar. Pesatnya perluasan ruang angkasa di zaman kuno memungkinkan kita menjelaskan hal ini dan banyak sifat lain dari Alam Semesta. Peregangan seperti itu diprediksi oleh berbagai teori partikel, dan semua bukti yang ada mendukungnya. Ungkapan “chaotic abadi” dalam kaitannya dengan inflasi menunjukkan apa yang terjadi dalam skala terbesar. Secara umum, ruang terus-menerus meregang, namun di beberapa area perluasan terhenti dan domain-domain terpisah muncul, seperti kismis dalam adonan yang mengembang. Domain-domain seperti itu muncul dalam jumlah tak terhingga, dan masing-masing domain berfungsi sebagai cikal bakal alam semesta super Tingkat I, berisi materi yang lahir dari energi medan yang menyebabkan inflasi.

Domain tetangga berjarak lebih dari tak terhingga dari kita, dalam arti bahwa domain tersebut tidak dapat dijangkau bahkan jika kita bergerak selamanya dengan kecepatan cahaya, karena ruang antara domain kita dan domain tetangga membentang lebih cepat daripada kemampuan kita bergerak di dalamnya. Keturunan kita tidak akan pernah melihat rekan-rekan mereka di Tingkat II. Dan jika perluasan alam semesta semakin cepat, seperti yang ditunjukkan oleh pengamatan, maka mereka tidak akan pernah melihat rekan-rekan mereka bahkan di tingkat I.

Alam semesta super Tingkat II jauh lebih beragam dibandingkan alam semesta super Tingkat I. Domain-domainnya berbeda tidak hanya dalam kondisi awalnya, namun juga dalam sifat fundamentalnya. Pandangan umum di kalangan fisikawan adalah bahwa dimensi ruang-waktu, sifat-sifat partikel elementer, dan banyak konstanta fisika tidak dimasukkan ke dalam hukum fisika, namun merupakan hasil dari proses yang dikenal sebagai pemutusan simetri. Ruang di alam semesta kita diyakini pernah memiliki sembilan dimensi yang sama. Pada awal sejarah kosmik, tiga di antaranya ikut serta dalam perluasan dan menjadi tiga dimensi yang menjadi ciri Alam Semesta saat ini. Enam sisanya sekarang tidak dapat dideteksi, karena mereka tetap mikroskopis, mempertahankan topologi toroidal, atau karena semua materi terkonsentrasi pada permukaan tiga dimensi (membran, atau bran) dalam ruang sembilan dimensi. Dengan demikian, simetri asli pengukurannya rusak. Fluktuasi kuantum yang menyebabkan kekacauan inflasi dapat menyebabkan pelanggaran simetri yang berbeda di berbagai gua. Beberapa bisa menjadi empat dimensi; yang lain hanya mengandung dua, bukan tiga generasi quark; dan yang lainnya lagi - memiliki konstanta kosmologis yang lebih kuat daripada Alam Semesta kita.

Data kosmologis memungkinkan kita menyimpulkan bahwa ada ruang di luar alam semesta yang kita amati. Satelit WMAP mengukur fluktuasi radiasi latar gelombang mikro kosmik (kiri). Yang terkuat memiliki ukuran sudut lebih dari setengah derajat (grafik kiri), yang menyiratkan bahwa ruang sangatlah besar atau tak terbatas. (Namun, beberapa kosmolog percaya bahwa titik outlier di sebelah kiri grafik menunjukkan keterbatasan ruang.) Data satelit dan survei pergeseran merah galaksi sebesar 2dF menunjukkan bahwa pada skala yang sangat besar, ruang terisi secara seragam dengan materi (grafik kanan), yang berarti bahwa alam semesta lain pada dasarnya serupa dengan alam semesta kita.

Cara lain munculnya alam semesta super tingkat II dapat direpresentasikan sebagai siklus kelahiran dan penghancuran alam semesta. Pada tahun 1930-an, fisikawan Richard C. Tolman mengajukan gagasan ini, dan baru-baru ini Paul J. Steinhardt dari Universitas Princeton dan Neil Turok dari Universitas Cambridge mengembangkannya lebih lanjut. Model Steinhardt dan Turok memberikan bran tiga dimensi kedua, yang sepenuhnya sejajar dengan bran kita dan hanya dipindahkan relatif terhadapnya ke dalam dimensi tingkat yang lebih tinggi. Alam semesta paralel ini tidak dapat dianggap terpisah, karena ia berinteraksi dengan alam semesta kita - masa lalu, masa kini, dan masa depan, yang dibentuk oleh bran-bran ini , tampaknya mendekati hipotesis yang diakibatkan oleh inflasi yang kacau. Hipotesis lain tentang alam semesta super diajukan oleh fisikawan Lee Smolin dari Perimeter Institute di Waterloo (Ontario, Kanada). alam semesta baru melalui lubang hitam, bukan bran.

Meskipun kita tidak dapat berinteraksi dengan alam semesta paralel Tingkat II, para kosmolog menilai keberadaan mereka berdasarkan bukti tidak langsung, karena mereka mungkin menjadi penyebab terjadinya kebetulan-kebetulan aneh di Alam Semesta kita. Misalnya, sebuah hotel memberi Anda nomor kamar 1967, dan Anda menyadari bahwa Anda lahir pada tahun 1967. “Kebetulan sekali,” kata Anda. Namun, setelah direnungkan, Anda sampai pada kesimpulan bahwa hal ini tidak terlalu mengejutkan. Ada ratusan kamar di sebuah hotel, dan Anda tidak akan berpikir dua kali jika ditawari kamar yang tidak berarti apa-apa bagi Anda. Jika Anda tidak tahu apa-apa tentang hotel, untuk menjelaskan kebetulan ini Anda mungkin berasumsi bahwa ada kamar lain di hotel tersebut.

Sebagai contoh lebih dekat, perhatikan massa Matahari. Seperti diketahui, luminositas suatu bintang ditentukan oleh massanya. Dengan menggunakan hukum fisika, kita dapat menghitung bahwa kehidupan di Bumi hanya dapat ada jika massa Matahari berada pada kisaran: dari 1,6 x 1030 hingga 2,4 x 1030 kg. Jika tidak, iklim bumi akan lebih dingin dari Mars atau lebih panas dari Venus. Pengukuran massa Matahari memberikan nilai 2,0x1030 kg. Sekilas, massa matahari yang berada dalam kisaran nilai yang mendukung kehidupan di Bumi adalah suatu kebetulan. Massa bintang berkisar antara 1029 hingga 1032 kg; Jika Matahari memperoleh massanya secara kebetulan, maka kemungkinan Matahari jatuh tepat pada interval optimal untuk biosfer kita akan sangat kecil. Kebetulan yang tampak ini dapat dijelaskan dengan mengasumsikan adanya suatu ansambel (dalam hal ini, banyak sistem planet) dan faktor seleksi (planet kita pasti cocok untuk kehidupan). Kriteria seleksi yang berkaitan dengan pengamat disebut antropik; dan meskipun penyebutan teori-teori tersebut biasanya menimbulkan kontroversi, sebagian besar fisikawan sepakat bahwa kriteria ini tidak dapat diabaikan ketika memilih teori-teori fundamental.

Apa hubungan semua contoh ini dengan alam semesta paralel? Ternyata perubahan kecil dalam konstanta fisik yang ditentukan oleh pemutusan simetri mengarah ke alam semesta yang berbeda secara kualitatif - alam semesta yang tidak mungkin kita wujudkan. Jika massa proton hanya 0,2% lebih besar, proton akan meluruh membentuk neutron, sehingga atom menjadi tidak stabil. Jika gaya interaksi elektromagnetik 4% lebih lemah, hidrogen dan bintang biasa tidak akan ada. Jika gaya lemahnya lebih lemah lagi, tidak akan ada hidrogen; dan jika lebih kuat, supernova tidak dapat mengisi ruang antarbintang dengan unsur-unsur berat. Jika konstanta kosmologis jauh lebih besar, alam semesta akan membengkak bahkan sebelum galaksi terbentuk.

Contoh yang diberikan memungkinkan kita mengharapkan keberadaan alam semesta paralel dengan nilai konstanta fisik yang berbeda. Teori alam semesta super tingkat kedua memperkirakan bahwa fisikawan tidak akan pernah bisa mendapatkan nilai konstanta tersebut dari prinsip dasar, tetapi hanya akan mampu menghitung distribusi probabilitas berbagai himpunan konstanta dalam totalitas seluruh alam semesta. Apalagi hasilnya harus sesuai dengan keberadaan kita di salah satunya.

Tingkat III
Quantum banyak alam semesta

Alam semesta super tingkat I dan II berisi alam semesta paralel yang jaraknya sangat jauh dari kita di luar batas astronomi. Namun, alam semesta super tingkat berikutnya ada di sekitar kita. Hal ini muncul dari interpretasi mekanika kuantum yang terkenal dan sangat kontroversial - gagasan bahwa proses kuantum acak menyebabkan alam semesta "berkembang biak" menjadi banyak salinan dirinya sendiri - satu untuk setiap kemungkinan hasil dari proses tersebut.

Pada awal abad kedua puluh. mekanika kuantum menjelaskan sifat dunia atom, yang tidak mematuhi hukum mekanika Newton klasik. Meskipun terdapat keberhasilan yang nyata, terdapat perdebatan sengit di kalangan fisikawan tentang arti sebenarnya dari teori baru ini. Ia mendefinisikan keadaan Alam Semesta bukan berdasarkan mekanika klasik, seperti posisi dan kecepatan semua partikel, namun melalui objek matematika yang disebut fungsi gelombang. Menurut persamaan Schrödinger, keadaan ini berubah seiring waktu dengan cara yang oleh para ahli matematika disebut "kesatuan". Artinya fungsi gelombang berputar dalam ruang abstrak berdimensi tak terhingga yang disebut ruang Hilbert. Meskipun mekanika kuantum sering kali didefinisikan sebagai sesuatu yang acak dan tidak pasti secara fundamental, fungsi gelombang berkembang dengan cara yang cukup deterministik. Tidak ada yang acak atau tidak pasti tentang hal itu.

Bagian tersulitnya adalah menghubungkan fungsi gelombang dengan apa yang kita amati. Banyak fungsi gelombang yang valid berhubungan dengan situasi yang tidak wajar, seperti ketika seekor kucing mati dan hidup pada saat yang sama, dalam apa yang disebut superposisi. Pada tahun 1920-an, fisikawan mengatasi keanehan ini dengan mendalilkan bahwa fungsi gelombang runtuh ke hasil klasik tertentu ketika seseorang melakukan pengamatan. Penambahan ini menjelaskan pengamatan tersebut, namun mengubah teori kesatuan yang elegan menjadi teori yang ceroboh dan tidak kesatuan keacakan yang biasanya dikaitkan dengan mekanika kuantum adalah konsekuensi dari postulat ini.

Seiring waktu, fisikawan meninggalkan pandangan ini dan memilih pandangan lain, yang diajukan pada tahun 1957 oleh lulusan Universitas Princeton, Hugh Everett III. Dia menunjukkan bahwa adalah mungkin untuk melakukannya tanpa dalil keruntuhan. Teori kuantum murni tidak menerapkan batasan apa pun. Meskipun ia memperkirakan bahwa satu realitas klasik akan secara bertahap terpecah menjadi superposisi dari beberapa realitas serupa, pengamat secara subyektif menganggap pemisahan ini hanya sebagai sebuah keacakan kecil dengan distribusi probabilitas yang sama persis dengan yang diberikan oleh postulat keruntuhan lama. Superposisi alam semesta klasik ini adalah alam semesta super Tingkat III.

Selama lebih dari empat puluh tahun, penafsiran ini membingungkan para ilmuwan. Namun, teori fisika lebih mudah dipahami dengan membandingkan dua sudut pandang: eksternal, dari sudut pandang seorang fisikawan yang mempelajari persamaan matematika (seperti burung yang mengamati lanskap dari ketinggian); dan internal, dari sudut pandang seorang pengamat (sebut saja katak) yang hidup pada lanskap yang diamati oleh burung.

Dari sudut pandang burung, alam semesta super Tingkat III itu sederhana. Hanya ada satu fungsi gelombang yang berkembang dengan mulus dalam waktu tanpa pemisahan atau paralelisme. Dunia kuantum abstrak yang dijelaskan oleh fungsi gelombang yang berevolusi mengandung sejumlah besar garis sejarah klasik paralel yang terus menerus membelah dan menyatu, serta sejumlah fenomena kuantum yang tidak dapat dijelaskan dalam kerangka konsep klasik. Namun dari sudut pandang katak, hanya sebagian kecil dari kenyataan tersebut yang dapat dilihat. Dia dapat melihat alam semesta Tingkat I, tetapi proses dekoherensi, mirip dengan runtuhnya fungsi gelombang, tetapi dengan kesatuan yang dipertahankan, tidak memungkinkan dia untuk melihat salinan paralel dirinya di Tingkat III.

Ketika seorang pengamat ditanyai pertanyaan yang harus dia jawab dengan cepat, efek kuantum di otaknya mengarah pada superposisi keputusan seperti ini: “teruskan membaca artikel” dan “berhenti membaca artikel”. Dari sudut pandang burung, tindakan pengambilan keputusan menyebabkan orang tersebut memperbanyak diri menjadi salinan, ada yang terus membaca, ada pula yang berhenti membaca. Namun, dari sudut pandang internal, tidak satu pun dari mereka yang menyadari keberadaan orang lain dan menganggap pemisahan itu hanya sebagai sedikit ketidakpastian, kemungkinan untuk melanjutkan atau berhenti membaca.

Betapapun anehnya kelihatannya, situasi yang persis sama muncul bahkan di alam semesta super tingkat I. Tentu saja, Anda memutuskan untuk melanjutkan membaca, tetapi salah satu rekan Anda di galaksi yang jauh meletakkan majalah itu setelah paragraf pertama Tingkat I dan III hanya berbeda dalam hal itu, di mana kembaran Anda berada. Pada tingkat I mereka tinggal di suatu tempat yang jauh, di ruang tiga dimensi lama yang bagus, dan pada tingkat III mereka tinggal di cabang kuantum lain dari ruang Hilbert berdimensi tak terbatas.

Keberadaan tingkat III hanya mungkin terjadi jika evolusi fungsi gelombang dalam waktu bersifat kesatuan. Sejauh ini, eksperimen belum mengungkapkan penyimpangannya dari kesatuan. Dalam beberapa dekade terakhir, hal ini telah dikonfirmasi untuk semua sistem yang lebih besar, termasuk fullerene C60 dan serat optik sepanjang satu kilometer. Secara teoritis, posisi kesatuan didukung oleh ditemukannya pelanggaran koherensi. Beberapa ahli teori yang bekerja di bidang gravitasi kuantum mempertanyakan hal ini. Secara khusus, diasumsikan bahwa lubang hitam yang menguap dapat menghancurkan informasi, yang bukan merupakan proses kesatuan. Namun, kemajuan terkini dalam teori string menunjukkan bahwa gravitasi kuantum pun bersifat kesatuan. Jika demikian, maka lubang hitam tidak menghancurkan informasi, tetapi hanya memindahkannya ke suatu tempat.

Jika fisika bersifat kesatuan, gambaran standar mengenai pengaruh fluktuasi kuantum pada tahap awal Big Bang harus dimodifikasi. Fluktuasi ini tidak secara acak menentukan superposisi semua kemungkinan kondisi awal yang hidup berdampingan secara bersamaan. Dalam hal ini, pelanggaran koherensi menyebabkan kondisi awal berperilaku klasik di berbagai cabang kuantum. Poin utamanya adalah bahwa distribusi hasil pada cabang kuantum berbeda dari satu volume Hubble (tingkat III) identik dengan distribusi hasil pada volume Hubble berbeda dari satu cabang kuantum (tingkat I). Sifat fluktuasi kuantum ini dikenal dalam mekanika statistik sebagai ergodisitas.

Alasan yang sama berlaku untuk Tingkat II. Proses pemecahan simetri tidak mengarah pada hasil yang unik, namun pada superposisi semua hasil, yang dengan cepat menyimpang di sepanjang jalurnya masing-masing. Jadi, jika konstanta fisika, dimensi ruang (waktu, dll.) dapat berbeda dalam cabang kuantum paralel pada tingkat III, maka konstanta tersebut juga akan berbeda dalam alam semesta paralel pada tingkat II.

Dengan kata lain, alam semesta super Tingkat III tidak menambahkan hal baru pada apa yang ada di Tingkat I dan II, hanya lebih banyak salinan dari alam semesta yang sama – garis sejarah yang sama yang berkembang berulang kali pada cabang kuantum yang berbeda. Perdebatan sengit seputar teori Everett tampaknya segera mereda dengan ditemukannya alam semesta super Tingkat I dan II yang sama megahnya namun tidak terlalu kontroversial.

Penerapan ide-ide ini sangat mendalam. Misalnya, pertanyaan ini: apakah jumlah alam semesta bertambah secara eksponensial seiring berjalannya waktu? Jawabannya tidak terduga: tidak. Dari sudut pandang burung, hanya ada satu alam semesta kuantum. Berapa jumlah alam semesta yang terpisah bagi seekor katak pada saat tertentu? Ini adalah jumlah volume Hubble yang sangat berbeda. Perbedaannya mungkin kecil: bayangkan planet-planet bergerak ke arah yang berbeda, bayangkan diri Anda menikah dengan orang lain, dll. Pada tingkat kuantum, ada 10 pangkat 10.118 alam semesta dengan suhu tidak lebih tinggi dari 108 K. Jumlahnya sangat besar, tapi terbatas.

Untuk katak, evolusi fungsi gelombang berhubungan dengan pergerakan tak terbatas dari salah satu dari 10 pangkat $10^(118)$ ke pangkat lainnya. Anda sekarang berada di Alam Semesta A, tempat Anda membaca kalimat ini. Dan sekarang Anda sudah berada di alam semesta B, tempat Anda membaca kalimat berikutnya. Dengan kata lain, di B terdapat pengamat yang identik dengan pengamat di alam semesta A, yang membedakan hanyalah ia mempunyai ingatan ekstra. Setiap saat, semua kemungkinan keadaan ada, sehingga perjalanan waktu dapat terjadi di depan mata pengamat. Ide ini diungkapkan dalam novel fiksi ilmiahnya “Permutation City” (1994) oleh penulis Greg Egan dan dikembangkan oleh fisikawan David Deutsch dari Universitas Oxford, fisikawan independen Julian Barbour, dan lain-lain memainkan peran kunci dalam memahami sifat waktu.

Tingkat IV
Struktur matematika lainnya

Kondisi awal dan konstanta fisika di alam semesta super tingkat I, II, dan III mungkin berbeda, namun hukum dasar fisikanya sama. Mengapa kami berhenti di sini? Mengapa hukum fisika itu sendiri tidak berbeda? Bagaimana dengan alam semesta yang mematuhi hukum klasik tanpa efek relativistik apa pun? Bagaimana dengan waktu yang bergerak dalam langkah-langkah terpisah, seperti di komputer? Bagaimana dengan alam semesta yang berbentuk dodecahedron kosong? Di alam semesta super Tingkat IV, semua alternatif ini benar-benar ada.

TINGKAT SUPERUNIVERSE IV
Alam semesta mungkin berbeda tidak hanya dalam lokasi, sifat kosmologis, atau keadaan kuantum, tetapi juga dalam hukum fisika. Mereka ada di luar ruang dan waktu dan hampir mustahil untuk digambarkan. Manusia hanya dapat melihatnya secara abstrak sebagai patung statis yang mewakili struktur matematis dari hukum fisika yang mengaturnya. Bayangkan alam semesta sederhana yang terdiri dari Matahari, Bumi, dan Bulan, semuanya tunduk pada hukum Newton. Bagi pengamat yang obyektif, alam semesta seperti itu tampak seperti sebuah cincin (orbit Bumi, “tercoreng” dalam waktu), terbungkus dalam “jalinan” (orbit Bulan mengelilingi Bumi). Bentuk lain mewakili hukum fisika lainnya (a, b, c, d). Pendekatan ini memungkinkan kita memecahkan sejumlah masalah mendasar dalam fisika.

Fakta bahwa alam semesta super seperti itu tidaklah absurd dibuktikan dengan kesesuaian dunia penalaran abstrak dengan dunia nyata kita. Persamaan serta konsep dan struktur matematika lainnya—angka, vektor, objek geometris—menggambarkan realitas dengan ketelitian yang mengejutkan. Sebaliknya, kita menganggap struktur matematika sebagai sesuatu yang nyata. Ya, mereka memenuhi kriteria dasar realitas: mereka sama bagi semua orang yang mempelajarinya. Teorema ini akan benar tidak peduli siapa yang membuktikannya - manusia, komputer, atau lumba-lumba yang cerdas. Peradaban ingin tahu lainnya akan menemukan struktur matematika yang sama seperti yang kita ketahui. Oleh karena itu ahli matematika mengatakan bahwa mereka tidak menciptakan, melainkan menemukan objek matematika.

Ada dua paradigma yang logis namun bertentangan secara diametris tentang hubungan antara matematika dan fisika yang muncul pada zaman kuno. Menurut paradigma Aristoteles, realitas fisik adalah yang utama, dan bahasa matematika hanyalah perkiraan yang tepat. Dalam kerangka paradigma Plato, struktur matematikalah yang benar-benar nyata, dan pengamat memandangnya secara tidak sempurna. Dengan kata lain, paradigma-paradigma ini berbeda dalam pemahamannya mengenai apa yang utama – sudut pandang katak dari pengamat (paradigma Aristoteles) atau pandangan burung dari sudut pandang hukum fisika (sudut pandang Plato).

Paradigma Aristoteles adalah bagaimana kita memandang dunia sejak masa kanak-kanak, jauh sebelum kita pertama kali mendengar tentang matematika. Pandangan Plato adalah tentang pengetahuan yang diperoleh. Fisikawan (ahli teori) modern cenderung ke arah ini, berpendapat bahwa matematika menggambarkan Alam Semesta dengan baik justru karena Alam Semesta bersifat matematis. Kemudian semua fisika direduksi menjadi penyelesaian masalah matematika, dan ahli matematika yang sangat cerdas hanya dapat menghitung gambaran dunia pada tingkat katak berdasarkan hukum dasar, yaitu menghitung pengamat apa yang ada di Alam Semesta, apa yang mereka rasakan, dan bahasa apa yang mereka ciptakan untuk menyampaikan persepsi mereka.

Struktur matematika merupakan suatu abstraksi, suatu entitas yang tidak berubah di luar ruang dan waktu. Jika ceritanya adalah sebuah film, maka struktur matematisnya tidak akan bersesuaian dengan satu frame, namun dengan film secara keseluruhan. Mari kita ambil contoh sebuah dunia yang terdiri dari partikel-partikel berdimensi nol yang tersebar dalam ruang tiga dimensi. Dari sudut pandang seekor burung, dalam ruang empat dimensi (waktu), lintasan partikel adalah “spaghetti”. Jika seekor katak melihat partikel bergerak dengan kecepatan konstan, maka burung tersebut melihat sekumpulan “spaghetti” yang lurus dan tidak matang seekor katak melihat dua partikel berputar dalam orbit, lalu burung melihat dua “spaghetti”, dipelintir menjadi spiral ganda. Bagi katak, dunia dijelaskan oleh hukum gerak dan gravitasi Newton, bagi burung – geometri “spaghetti”. , yaitu katak itu sendiri adalah bola tebal, yang jalinan kompleksnya bersesuaian dengan sekelompok partikel yang menyimpan dan memproses informasi. Dunia kita lebih kompleks daripada contoh yang dibahas, dan para ilmuwan tidak mengetahui struktur matematika mana yang sesuai .

Untuk memecahkan teka-teki ini, saya berhipotesis bahwa simetri matematika ada: bahwa semua struktur matematika diwujudkan secara fisik, dan masing-masing struktur berhubungan dengan alam semesta paralel. Unsur-unsur alam semesta super ini tidak berada dalam ruang yang sama, melainkan ada di luar ruang dan waktu. Kebanyakan dari mereka mungkin tidak memiliki pengamat. Hipotesis tersebut dapat dilihat sebagai platonisme ekstrem, yang menyatakan bahwa struktur matematika dunia gagasan Plato, atau "lanskap mental" matematikawan Rudy Rucker dari San Jose State University, ada dalam arti fisik. Hal ini mirip dengan apa yang disebut oleh kosmolog John D. Barrow dari Universitas Cambridge sebagai “p di langit”, filsuf Robert Nozick dari Universitas Harvard digambarkan sebagai “prinsip kesuburan”, dan filsuf David K. Lewis ) dari Universitas Princeton disebut sebagai “modal realitas .” Tingkat IV menutup hierarki alam semesta super, karena teori fisika apa pun yang konsisten dengan dirinya sendiri dapat dinyatakan dalam bentuk struktur matematika tertentu.

Hipotesis alam semesta super Tingkat IV menghasilkan beberapa prediksi yang dapat diuji. Seperti pada level II, ini mencakup ansambel (dalam hal ini, totalitas semua struktur matematika) dan efek seleksi. Dalam mengklasifikasikan struktur matematika, para ilmuwan harus memperhatikan bahwa struktur yang menggambarkan dunia kita adalah yang paling umum dari struktur yang konsisten dengan pengamatan. Oleh karena itu, hasil pengamatan kita di masa depan haruslah yang paling umum dari yang sesuai dengan data penelitian sebelumnya, dan data penelitian sebelumnya harus yang paling umum dari yang secara umum sesuai dengan keberadaan kita.

Menilai tingkat keumuman bukanlah tugas yang mudah. Salah satu fitur yang mencolok dan meyakinkan dari struktur matematika adalah bahwa sifat-sifat simetri dan invarian yang menjaga alam semesta kita tetap sederhana dan teratur umumnya dimiliki bersama. Struktur matematika biasanya memiliki sifat-sifat ini secara default, dan menghilangkannya memerlukan pengenalan aksioma yang kompleks.

Apa yang Occam katakan?

Dalam dekade mendatang, pengukuran rinci radiasi latar gelombang mikro kosmik dan distribusi materi berskala besar di Alam Semesta akan memungkinkan kita menentukan kelengkungan dan topologi ruang secara lebih akurat serta mengonfirmasi atau menyangkal keberadaan Level I. Data yang sama akan memungkinkan kita memperoleh informasi tentang Tingkat II dengan menguji teori inflasi abadi yang kacau balau. Kemajuan dalam astrofisika dan fisika partikel berenergi tinggi akan membantu menyempurnakan tingkat penyesuaian konstanta fisik, memperkuat atau melemahkan posisi Level II.

Jika upaya untuk membuat komputer kuantum berhasil, akan ada argumen tambahan mengenai keberadaan lapisan III, karena komputasi paralel akan menggunakan paralelisme lapisan ini. Para peneliti juga mencari bukti pelanggaran kesatuan, yang memungkinkan mereka menolak hipotesis keberadaan tingkat III. Terakhir, keberhasilan atau kegagalan upaya memecahkan masalah terpenting fisika modern - menggabungkan relativitas umum dengan teori medan kuantum - akan menjawab pertanyaan tentang tingkat IV. Entah akan ditemukan struktur matematika yang secara akurat menggambarkan Alam Semesta kita, atau kita akan mencapai batas efisiensi matematika yang luar biasa dan terpaksa meninggalkan hipotesis Tingkat IV.

Jadi, mungkinkah kita percaya pada alam semesta paralel? Argumen utama yang menentang keberadaan mereka adalah bahwa mereka terlalu boros dan tidak dapat dipahami. Argumen pertama adalah bahwa teori alam semesta super rentan terhadap pisau cukur Occam (William Occam, seorang filsuf skolastik abad ke-14 yang berpendapat bahwa konsep-konsep yang tidak dapat direduksi menjadi pengetahuan intuitif dan pengalaman harus dibuang dari sains (“prinsip” pisau cukur Occam” ), karena mereka mendalilkan keberadaan alam semesta lain yang tidak akan pernah kita lihat. Mengapa alam harus begitu boros dan “bersenang-senang” dengan menciptakan dunia berbeda yang jumlahnya tak terbatas? Namun, argumen ini dapat diubah menjadi keberadaan alam semesta super. Dalam hal apa saja alam itu boros? Tentu saja, tidak dalam ruang, massa, atau jumlah atom: jumlah atom yang tak terhingga sudah terdapat di tingkat I, yang keberadaannya tidak diragukan lagi, jadi tidak ada gunanya khawatir bahwa alam akan menghabiskan lebih banyak atom lagi. Masalah sebenarnya adalah berkurangnya kesederhanaan. Orang-orang yang skeptis prihatin dengan informasi tambahan yang diperlukan untuk menggambarkan dunia tak kasat mata.

Namun, keseluruhan ansambel seringkali lebih sederhana daripada masing-masing anggotanya. Volume informasi suatu algoritma bilangan, secara kasar, adalah panjang program komputer terpendek yang menghasilkan bilangan ini, yang dinyatakan dalam bit. Kita ambil contoh himpunan semua bilangan bulat. Mana yang lebih sederhana - himpunan utuh atau satu bilangan? Sekilas, ini adalah yang terakhir. Namun, angka yang pertama dapat dibuat dengan menggunakan program yang sangat sederhana, dan satu angka bisa sangat panjang. Oleh karena itu, keseluruhan rangkaian menjadi lebih sederhana.

Demikian pula, himpunan semua solusi persamaan Einstein untuk suatu bidang lebih sederhana daripada setiap solusi spesifik - solusi pertama hanya terdiri dari beberapa persamaan, dan solusi kedua memerlukan sejumlah besar data awal pada permukaan hiper tertentu. Jadi, kompleksitas meningkat ketika kita fokus pada satu elemen ansambel, kehilangan simetri dan kesederhanaan yang melekat pada totalitas semua elemen.

Keluhan tentang ketidakmampuan memahami bersifat estetis, bukan ilmiah, dan hanya dibenarkan dalam pandangan dunia Aristoteles. Ketika kita mengajukan pertanyaan tentang hakikat realitas, bukankah kita seharusnya mengharapkan jawaban yang mungkin tampak aneh?

Ciri umum keempat tingkat alam semesta super adalah bahwa teori yang paling sederhana dan tampaknya paling elegan melibatkan alam semesta paralel secara default. Untuk menolak keberadaan mereka, perlu untuk memperumit teori dengan menambahkan proses yang tidak dikonfirmasi oleh eksperimen dan postulat yang diciptakan untuk tujuan ini - tentang keterbatasan ruang, runtuhnya fungsi gelombang dan asimetri ontologis. Pilihan kita tergantung pada apa yang dianggap lebih boros dan tidak elegan – banyak kata atau banyak alam semesta. Mungkin seiring berjalannya waktu kita akan terbiasa dengan keanehan kosmos kita dan menemukan keanehannya yang menawan.

Max Tegmark (“Dalam Dunia Sains”, No. 8, 2003)

Senin, 09 Mei 2011

Perselisihan dan hipotesis tentang keberadaan planet kembar, alam semesta paralel, dan bahkan galaksi yang tidak diketahui telah berlangsung selama beberapa dekade. Semuanya didasarkan pada teori probabilitas tanpa melibatkan konsep fisika modern. Dalam beberapa tahun terakhir, mereka telah dilengkapi dengan gagasan tentang keberadaan alam semesta super, berdasarkan teori yang telah terbukti - mekanika kuantum dan teori relativitas.

“Polit.ru” menerbitkan artikel Max Tegmark “Parallel Universes”, yang mengajukan hipotesis tentang struktur alam semesta super, yang secara teoritis mencakup empat tingkatan. Namun, dalam dekade berikutnya, para ilmuwan mungkin memiliki peluang nyata untuk memperoleh data baru tentang sifat-sifat luar angkasa dan, dengan demikian, mengkonfirmasi atau menyangkal hipotesis ini. Artikel tersebut diterbitkan dalam jurnal “In the World of Science” (2003. No. 8).

Evolusi telah memberi kita intuisi tentang fisika sehari-hari yang penting bagi nenek moyang kita; oleh karena itu, segera setelah kita melampaui kehidupan sehari-hari, kita dapat mengharapkan hal-hal aneh.

Model kosmologis yang paling sederhana dan populer memperkirakan bahwa kita memiliki kembaran di galaksi yang berjarak sekitar 10 pangkat 1.028 meter. Jaraknya begitu jauh sehingga berada di luar jangkauan pengamatan astronomi, namun hal ini tidak membuat kembaran kita menjadi kurang nyata. Asumsi tersebut didasarkan pada teori probabilitas tanpa melibatkan konsep fisika modern. Satu-satunya asumsi yang diterima adalah bahwa ruang tidak terbatas dan dipenuhi materi. Mungkin ada banyak planet yang berpenghuni, termasuk planet yang dihuni oleh orang-orang dengan penampilan yang sama, nama dan ingatan yang sama, yang telah melalui perubahan-perubahan kehidupan yang sama seperti kita.

Namun kita tidak akan pernah diberi kesempatan untuk melihat kehidupan kita yang lain. Jarak terjauh yang bisa kita lihat adalah jarak yang bisa ditempuh cahaya dalam 14 miliar tahun sejak Big Bang. Jarak antara benda terjauh yang terlihat dari kita adalah sekitar 431026 m; ia menentukan wilayah Alam Semesta yang dapat diamati, yang disebut volume Hubble, atau volume cakrawala kosmik, atau sekadar Alam Semesta. Alam semesta kembaran kita berbentuk bola dengan ukuran yang sama dan berpusat di planetnya. Ini adalah contoh paling sederhana dari alam semesta paralel, yang masing-masingnya hanyalah sebagian kecil dari alam semesta super.

Definisi “alam semesta” menunjukkan bahwa alam semesta akan selamanya berada dalam bidang metafisika. Namun, batas antara fisika dan metafisika ditentukan oleh kemungkinan pengujian teori secara eksperimental, dan bukan oleh keberadaan objek yang tidak dapat diamati. Batasan fisika terus berkembang, termasuk gagasan yang semakin abstrak (dan sebelumnya bersifat metafisik), misalnya tentang Bumi bulat, medan elektromagnetik tak kasat mata, pelebaran waktu dengan kecepatan tinggi, superposisi keadaan kuantum, kelengkungan ruang, dan lubang hitam. Dalam beberapa tahun terakhir, gagasan tentang alam semesta super telah ditambahkan ke daftar ini. Hal ini didasarkan pada teori yang telah terbukti—mekanika kuantum dan relativitas—dan memenuhi kedua kriteria dasar ilmu empiris: dapat diprediksi dan dapat dipalsukan. Para ilmuwan mempertimbangkan empat jenis alam semesta paralel. Pertanyaan utamanya bukanlah apakah alam semesta super itu ada, namun berapa banyak tingkatan yang dimilikinya.

tingkat I

Melampaui cakrawala kosmik kita

Alam semesta paralel rekan kita merupakan alam semesta super tingkat pertama. Ini adalah tipe yang paling tidak kontroversial. Kita semua mengenali keberadaan sesuatu yang tidak dapat kita lihat, namun dapat dilihat dengan berpindah ke tempat lain atau sekadar menunggu, seperti menunggu sebuah kapal muncul di cakrawala. Objek yang terletak di luar cakrawala kosmik kita memiliki status serupa. Ukuran wilayah alam semesta yang dapat diamati bertambah satu tahun cahaya setiap tahunnya, seiring dengan semakin banyaknya cahaya yang memancar dari wilayah yang jauh mencapai kita, di luar wilayah tersebut terdapat wilayah tak terhingga yang belum terlihat. Kita mungkin akan mati jauh sebelum rekan-rekan kita berada dalam jangkauan observasi, namun jika perluasan alam semesta membantu, keturunan kita mungkin dapat melihatnya dengan teleskop yang cukup kuat.

Tingkat I alam semesta super tampak sangat jelas. Bagaimana mungkin ruang tidak terbatas? Apakah ada tanda di suatu tempat yang bertuliskan “Hati-hati! Akhir dari ruang angkasa"? Jika ruang angkasa ada akhirnya, apa yang ada di luarnya? Namun, teori gravitasi Einstein mempertanyakan intuisi ini. Suatu ruang bisa berhingga jika memiliki kelengkungan positif atau topologi yang tidak biasa. Alam semesta berbentuk bola, toroidal, atau "pretzel" dapat memiliki volume terbatas tanpa batas. Radiasi latar belakang gelombang mikro kosmik memungkinkan untuk menguji keberadaan struktur tersebut. Namun, fakta masih bertolak belakang dengan hal tersebut. Data tersebut sesuai dengan model alam semesta tanpa batas, dan semua opsi lainnya tunduk pada batasan ketat.

Para kosmolog menerima bahwa Alam Semesta kita, dengan distribusi materi yang hampir seragam dan fluktuasi kepadatan awal sekitar 1/105, sangatlah khas (setidaknya di antara alam semesta yang terdapat pengamat). Perkiraan berdasarkan asumsi ini menunjukkan bahwa salinan terdekat Anda berada pada jarak 10 pangkat 1028 m. Pada jarak 10 pangkat 1092 m seharusnya terdapat sebuah bola dengan radius 100 tahun cahaya, identik dengan yang menjadi pusat tempat kita berada; sehingga segala sesuatu yang kita lihat di abad mendatang juga akan dilihat oleh rekan-rekan kita di sana. Pada jarak sekitar 10 pangkat 10118 m dari kita, seharusnya ada volume Hubble yang identik dengan kita. Perkiraan ini diperoleh dengan menghitung kemungkinan jumlah keadaan kuantum yang dimiliki volume Hubble jika suhunya tidak melebihi 108 K. Jumlah keadaan tersebut dapat diperkirakan dengan mengajukan pertanyaan: berapa banyak proton yang dapat ditampung oleh volume Hubble pada suhu ini ? Jawabannya adalah 10118. Namun, setiap proton bisa ada atau tidak ada, memberikan 2 pangkat 10118 kemungkinan konfigurasi. Sebuah “kotak” yang berisi begitu banyak volume Hubble mencakup semua kemungkinan. Ukurannya 10 pangkat 10118 m. Di luarnya, alam semesta, termasuk alam semesta kita, pasti terulang kembali. Kira-kira angka yang sama dapat diperoleh berdasarkan perkiraan termodinamika atau gravitasi kuantum dari total kandungan informasi Alam Semesta.

Namun, kembaran terdekat kita kemungkinan besar lebih dekat dengan kita daripada yang diperkirakan, karena proses pembentukan planet dan evolusi kehidupan mendukung hal ini. Para astronom yakin volume Hubble kita berisi setidaknya 1.020 planet yang dapat dihuni, beberapa di antaranya mungkin mirip dengan Bumi.

Dalam kosmologi modern, konsep alam semesta super Tingkat I banyak digunakan untuk menguji teori. Mari kita lihat bagaimana para kosmolog menggunakan radiasi latar gelombang mikro kosmik untuk menolak model geometri bola berhingga. “Titik” panas dan dingin pada peta CMB memiliki karakteristik ukuran yang bergantung pada kelengkungan ruang. Jadi, ukuran titik yang diamati terlalu kecil untuk konsisten dengan geometri bola. Ukuran rata-ratanya bervariasi secara acak dari satu volume Hubble ke volume Hubble lainnya, jadi mungkin saja Alam Semesta kita berbentuk bola, namun memiliki bintik-bintik kecil yang tidak wajar. Ketika para kosmolog mengatakan bahwa mereka mengesampingkan model bola pada tingkat kepercayaan 99,9%, mereka bermaksud bahwa jika model tersebut benar, maka kurang dari satu dalam seribu volume Hubble akan memiliki titik sekecil yang teramati. Oleh karena itu, teori alam semesta super dapat diuji dan ditolak, meskipun kita tidak dapat melihat alam semesta lain. Kuncinya adalah memprediksi apa itu ansambel alam semesta paralel dan menemukan distribusi probabilitasnya, atau yang oleh para ahli matematika disebut sebagai ukuran ansambel tersebut. Alam semesta kita pastilah salah satu yang paling mungkin terjadi. Jika tidak, jika dalam kerangka teori alam semesta super, Alam Semesta kita ternyata mustahil, maka teori ini akan menemui kesulitan. Seperti yang akan kita lihat nanti, masalah pengukuran bisa menjadi sangat akut.

Tingkat II

Domain pasca-inflasi lainnya

Jika sulit bagi Anda membayangkan alam semesta super Tingkat I, cobalah membayangkan alam semesta super tersebut dalam jumlah tak terhingga, beberapa di antaranya memiliki dimensi ruang-waktu berbeda dan dicirikan oleh konstanta fisik berbeda. Bersama-sama mereka membentuk alam semesta super Tingkat II yang diprediksikan oleh teori inflasi abadi yang kacau balau.

Cara lain munculnya alam semesta super tingkat II dapat direpresentasikan sebagai siklus kelahiran dan penghancuran alam semesta. Pada tahun 1930-an fisikawan Richard C. Tolman mengajukan gagasan ini, dan baru-baru ini Paul J. Steinhardt dari Universitas Princeton dan Neil Turok dari Universitas Cambridge mengembangkannya. Model Steinhardt dan Turok membayangkan bran tiga dimensi kedua, sejajar sempurna dengan bran kita dan hanya bergeser relatif terhadap bran tersebut dalam dimensi tingkat tinggi. Alam semesta paralel ini tidak dapat dianggap terpisah karena berinteraksi dengan alam semesta kita. Namun, kumpulan alam semesta – masa lalu, masa kini, dan masa depan – yang dibentuk oleh bran-bran ini mewakili alam semesta super dengan keanekaragaman yang tampaknya mendekati keanekaragaman yang diakibatkan oleh inflasi yang kacau balau. Hipotesis lain tentang alam semesta super diajukan oleh fisikawan Lee Smolin dari Perimeter Institute di Waterloo (Ontario, Kanada). Alam semesta supernya mendekati Tingkat II dalam hal keanekaragaman, tetapi ia bermutasi dan menghasilkan alam semesta baru melalui lubang hitam, bukan bran.

Massa bintang berkisar antara 1029 hingga 1032 kg; Jika Matahari memperoleh massanya secara kebetulan, maka kemungkinan Matahari jatuh tepat pada interval optimal untuk biosfer kita akan sangat kecil.

Kebetulan yang tampak ini dapat dijelaskan dengan mengasumsikan adanya suatu ansambel (dalam hal ini, banyak sistem planet) dan faktor seleksi (planet kita pasti cocok untuk kehidupan). Kriteria seleksi yang berkaitan dengan pengamat disebut antropik; dan meskipun penyebutan teori-teori tersebut biasanya menimbulkan kontroversi, sebagian besar fisikawan sepakat bahwa kriteria ini tidak dapat diabaikan ketika memilih teori-teori fundamental.

Tingkat III

Quantum banyak alam semesta

Bagian tersulitnya adalah menghubungkan fungsi gelombang dengan apa yang kita amati. Banyak fungsi gelombang yang valid berhubungan dengan situasi yang tidak wajar, seperti ketika seekor kucing mati dan hidup pada saat yang sama, dalam apa yang disebut superposisi. Di tahun 20an abad XX fisikawan mengatasi keanehan ini dengan mendalilkan bahwa fungsi gelombang runtuh ke hasil klasik tertentu ketika seseorang melakukan pengamatan. Penambahan ini memungkinkan untuk menjelaskan pengamatan, namun mengubah teori kesatuan yang elegan menjadi teori yang ceroboh dan non-kesatuan. Keacakan mendasar yang biasanya dikaitkan dengan mekanika kuantum adalah konsekuensi dari postulat ini.

Betapapun anehnya kelihatannya, situasi yang persis sama muncul bahkan di alam semesta super Tingkat I. Tentu saja, Anda memutuskan untuk melanjutkan membaca, namun salah satu rekan Anda di galaksi yang jauh meletakkan majalah itu setelah paragraf pertama. Tingkat I dan III hanya berbeda di mana rekan Anda berada. Pada tingkat I mereka tinggal di suatu tempat yang jauh, di ruang tiga dimensi yang sudah tua, dan pada tingkat III mereka tinggal di cabang kuantum lain dari ruang Hilbert berdimensi tak terbatas.

Jika demikian, maka lubang hitam tidak menghancurkan informasi, tetapi hanya memindahkannya ke suatu tempat. Jika fisika bersifat kesatuan, gambaran standar mengenai pengaruh fluktuasi kuantum pada tahap awal Big Bang harus dimodifikasi. Fluktuasi ini tidak secara acak menentukan superposisi semua kemungkinan kondisi awal yang hidup berdampingan secara bersamaan. Dalam hal ini, pelanggaran koherensi menyebabkan kondisi awal berperilaku klasik di berbagai cabang kuantum. Poin utamanya adalah bahwa distribusi hasil pada cabang kuantum berbeda dari satu volume Hubble (tingkat III) identik dengan distribusi hasil pada volume Hubble berbeda dari satu cabang kuantum (tingkat I). Sifat fluktuasi kuantum ini dikenal dalam mekanika statistik sebagai ergodisitas.

Alasan yang sama berlaku untuk Tingkat II. Proses pemecahan simetri tidak mengarah pada hasil yang unik, namun pada superposisi semua hasil, yang dengan cepat menyimpang di sepanjang jalurnya masing-masing. Jadi, jika konstanta fisik, dimensi ruang-waktu, dll. mungkin berbeda dalam cabang-cabang kuantum paralel pada tingkat III, maka cabang-cabang tersebut juga akan berbeda dalam alam semesta paralel pada tingkat II.

Dengan kata lain, alam semesta super tingkat III tidak menambahkan hal baru pada apa yang ada di tingkat I dan II, hanya lebih banyak salinan dari alam semesta yang sama – garis sejarah yang sama yang berkembang berulang kali pada cabang kuantum yang berbeda. Perdebatan sengit seputar teori Everett tampaknya segera mereda dengan ditemukannya alam semesta super Tingkat I dan II yang sama megahnya namun tidak terlalu kontroversial.

Penerapan ide-ide ini sangat mendalam. Misalnya, pertanyaan ini: apakah jumlah alam semesta bertambah secara eksponensial seiring berjalannya waktu? Jawabannya tidak terduga: tidak. Dari sudut pandang burung, hanya ada satu alam semesta kuantum. Berapa jumlah alam semesta yang terpisah bagi seekor katak pada saat tertentu? Ini adalah jumlah volume Hubble yang sangat berbeda. Perbedaannya mungkin kecil: bayangkan planet-planet bergerak ke arah yang berbeda, bayangkan diri Anda menikah dengan orang lain, dll. Pada tingkat kuantum, terdapat 10 pangkat 10118 alam semesta dengan suhu tidak lebih tinggi dari 108 K. Jumlahnya sangat besar, namun terbatas.

Bagi seekor katak, evolusi fungsi gelombang berhubungan dengan pergerakan tak terhingga dari salah satu dari 10 pangkat 10118 keadaan ini ke keadaan lainnya. Anda sekarang berada di Alam Semesta A, tempat Anda membaca kalimat ini. Dan sekarang Anda sudah berada di alam semesta B, tempat Anda membaca kalimat berikutnya. Dengan kata lain, di B terdapat pengamat yang identik dengan pengamat di alam semesta A, yang membedakan hanyalah ia mempunyai ingatan ekstra. Setiap saat, semua kemungkinan keadaan ada, sehingga perjalanan waktu dapat terjadi di depan mata pengamat. Ide ini diungkapkan dalam novel fiksi ilmiahnya “Permutation City” (1994) oleh penulis Greg Egan dan dikembangkan oleh fisikawan David Deutsch dari Universitas Oxford, fisikawan independen Julian Barbour, dan lain-lain peran kunci dalam memahami sifat waktu.

Tingkat IV

Struktur matematika lainnya S

Kondisi awal dan konstanta fisika di alam semesta super tingkat I, II, dan III mungkin berbeda, namun hukum dasar fisikanya sama. Mengapa kami berhenti di sini? Mengapa hukum fisika itu sendiri tidak berbeda? Bagaimana dengan alam semesta yang mematuhi hukum klasik tanpa efek relativistik? Bagaimana dengan waktu yang bergerak dalam langkah-langkah terpisah, seperti di komputer?

Bagaimana dengan alam semesta sebagai dodecahedron kosong? Di alam semesta super Tingkat IV, semua alternatif ini memang ada.

Fakta bahwa alam semesta super seperti itu tidaklah absurd dibuktikan dengan kesesuaian dunia penalaran abstrak dengan dunia nyata kita. Persamaan dan konsep serta struktur matematika lainnya - angka, vektor, objek geometris - menggambarkan realitas dengan ketelitian yang menakjubkan. Sebaliknya, kita menganggap struktur matematika sebagai sesuatu yang nyata. Ya, mereka memenuhi kriteria dasar realitas: mereka sama bagi semua orang yang mempelajarinya. Teorema ini akan benar tidak peduli siapa yang membuktikannya - manusia, komputer, atau lumba-lumba yang cerdas. Peradaban ingin tahu lainnya akan menemukan struktur matematika yang sama seperti yang kita ketahui. Oleh karena itu ahli matematika mengatakan bahwa mereka tidak menciptakan, melainkan menemukan objek matematika.

Ada dua paradigma yang logis namun bertentangan secara diametris tentang hubungan antara matematika dan fisika yang muncul pada zaman kuno. Menurut paradigma Aristoteles, realitas fisik adalah yang utama, dan bahasa matematika hanyalah perkiraan yang tepat. Dalam kerangka paradigma Plato, struktur matematikalah yang benar-benar nyata, dan pengamat memandangnya secara tidak sempurna. Dengan kata lain, paradigma-paradigma ini berbeda dalam pemahamannya tentang apa yang utama - sudut pandang katak dari pengamat (paradigma Aristoteles) atau pandangan burung dari ketinggian hukum fisika (sudut pandang Plato).

Paradigma Aristoteles adalah bagaimana kita memandang dunia sejak masa kanak-kanak, jauh sebelum kita pertama kali mendengar tentang matematika. Pandangan Plato adalah tentang pengetahuan yang diperoleh. Fisikawan teoretis modern cenderung ke arah itu, berpendapat bahwa matematika menggambarkan Alam Semesta dengan baik justru karena Alam Semesta bersifat matematis. Kemudian semua fisika direduksi menjadi pemecahan masalah matematika, dan seorang ahli matematika yang sangat cerdas hanya dapat, berdasarkan hukum dasar, menghitung gambaran dunia pada tingkat katak, yaitu. menghitung pengamat apa yang ada di Alam Semesta, apa yang mereka rasakan, dan bahasa apa yang mereka ciptakan untuk menyampaikan persepsi mereka.

Struktur matematika adalah suatu abstraksi, suatu entitas yang tidak berubah melampaui ruang dan waktu. Jika ceritanya adalah sebuah film, maka struktur matematisnya tidak akan bersesuaian dengan satu frame, namun dengan film secara keseluruhan. Mari kita ambil contoh sebuah dunia yang terdiri dari partikel-partikel berdimensi nol yang tersebar dalam ruang tiga dimensi. Dari sudut pandang burung, dalam ruangwaktu empat dimensi, lintasan partikel adalah “spaghetti”. Jika seekor katak melihat partikel bergerak dengan kecepatan konstan, maka seekor burung melihat seikat spageti yang masih mentah. Jika seekor katak melihat dua partikel berputar dalam orbitnya, maka seekor burung melihat dua “spaghetti” yang dipelintir menjadi heliks ganda. Bagi seekor katak, dunia digambarkan dengan hukum gerak dan gravitasi Newton; bagi seekor burung, dunia digambarkan dengan geometri “spaghetti”, yaitu. struktur matematika. Baginya, katak itu sendiri adalah bola tebal, yang jalinan kompleksnya berhubungan dengan sekelompok partikel yang menyimpan dan memproses informasi. Dunia kita lebih kompleks daripada contoh yang ada, dan para ilmuwan tidak mengetahui struktur matematika mana yang berhubungan dengannya.

Paradigma Plato memuat pertanyaan: mengapa dunia kita seperti ini? Bagi Aristoteles, ini adalah pertanyaan yang tidak berarti: dunia ini ada, dan memang demikianlah adanya! Namun para pengikut Plato tertarik: mungkinkah dunia kita berbeda? Jika Alam Semesta pada dasarnya bersifat matematis, lalu mengapa ia hanya didasarkan pada satu dari sekian banyak struktur matematika? Tampaknya asimetri mendasar terletak pada esensi alam. Untuk memecahkan teka-teki ini, saya berhipotesis bahwa simetri matematis itu ada: bahwa semua struktur matematika diwujudkan secara fisik, dan masing-masing struktur tersebut berhubungan dengan alam semesta paralel. Unsur-unsur alam semesta super ini tidak berada dalam ruang yang sama, melainkan ada di luar ruang dan waktu. Kebanyakan dari mereka mungkin tidak memiliki pengamat. Hipotesis tersebut dapat dilihat sebagai platonisme ekstrem, yang menyatakan bahwa struktur matematika dunia gagasan Plato, atau "lanskap mental" matematikawan Rudy Rucker dari San Jose State University, ada dalam arti fisik. Hal ini mirip dengan apa yang disebut oleh kosmolog John D. Barrow dari Universitas Cambridge sebagai “p di langit”, filsuf Robert Nozick dari Universitas Harvard digambarkan sebagai “prinsip kesuburan”, dan filsuf David K. Lewis ) dari Universitas Princeton disebut sebagai “modal realitas .” Tingkat IV menutup hierarki alam semesta super, karena teori fisika apa pun yang konsisten dengan dirinya sendiri dapat dinyatakan dalam bentuk struktur matematika tertentu.

Apa yang Occam katakan?

Jadi, teori alam semesta paralel memiliki hierarki empat tingkat, di mana pada setiap tingkat berikutnya alam semesta semakin tidak mirip dengan alam semesta kita. Mereka mungkin dicirikan oleh kondisi awal yang berbeda (tingkat I), konstanta fisik dan partikel (tingkat II) atau hukum fisika (tingkat IV). Lucu sekali bahwa level III adalah level yang paling banyak dikritik dalam beberapa dekade terakhir karena merupakan satu-satunya level yang tidak memperkenalkan jenis alam semesta baru secara kualitatif. Dalam dekade mendatang, pengukuran rinci radiasi latar gelombang mikro kosmik dan distribusi materi berskala besar di Alam Semesta akan memungkinkan kita menentukan kelengkungan dan topologi ruang secara lebih akurat serta mengonfirmasi atau menyangkal keberadaan Level I. Data yang sama akan memungkinkan kita memperoleh informasi tentang Tingkat II dengan menguji teori inflasi abadi yang kacau balau. Kemajuan dalam astrofisika dan fisika partikel berenergi tinggi akan membantu menyempurnakan tingkat penyesuaian konstanta fisik, memperkuat atau melemahkan posisi Level II. Jika upaya untuk membuat komputer kuantum berhasil, akan ada argumen tambahan mengenai keberadaan lapisan III, karena komputasi paralel akan menggunakan paralelisme lapisan ini. Para peneliti juga mencari bukti pelanggaran kesatuan, yang memungkinkan mereka menolak hipotesis keberadaan tingkat III. Terakhir, keberhasilan atau kegagalan upaya memecahkan masalah terpenting fisika modern - menggabungkan relativitas umum dengan teori medan kuantum - akan menjawab pertanyaan tentang tingkat IV. Entah akan ditemukan struktur matematika yang secara akurat menggambarkan Alam Semesta kita, atau kita akan mencapai batas efisiensi matematika yang luar biasa dan terpaksa meninggalkan hipotesis Tingkat IV.

Jadi, mungkinkah kita percaya pada alam semesta paralel? Argumen utama yang menentang keberadaan mereka adalah bahwa mereka terlalu boros dan tidak dapat dipahami. Argumen pertama adalah teori alam semesta super rentan terhadap silet Occam karena teori tersebut mendalilkan keberadaan alam semesta lain yang tidak akan pernah kita lihat. Mengapa alam harus begitu boros dan “bersenang-senang” dengan menciptakan dunia berbeda yang jumlahnya tak terbatas? Namun, argumen ini dapat diubah menjadi keberadaan alam semesta super. Dalam hal apa saja alam itu boros? Tentu saja, bukan dalam ruang, massa, atau jumlah atom: jumlah atom yang tak terbatas sudah terdapat di tingkat I, yang keberadaannya tidak diragukan lagi, jadi tidak ada gunanya khawatir bahwa alam akan menghabiskan lebih banyak lagi atom. Masalah sebenarnya adalah berkurangnya kesederhanaan. Orang-orang yang skeptis prihatin dengan informasi tambahan yang diperlukan untuk menggambarkan dunia tak kasat mata.

Namun, keseluruhan ansambel seringkali lebih sederhana daripada masing-masing anggotanya. Volume informasi suatu algoritma bilangan, secara kasar, adalah panjang program komputer terpendek yang menghasilkan bilangan ini, yang dinyatakan dalam bit. Kita ambil contoh himpunan semua bilangan bulat. Mana yang lebih sederhana - himpunan utuh atau satu bilangan? Sekilas - yang kedua. Namun, angka yang pertama dapat dibuat dengan menggunakan program yang sangat sederhana, dan satu angka bisa sangat panjang. Oleh karena itu, keseluruhan rangkaian menjadi lebih sederhana.

Dalam pengertian ini, alam semesta super pada tingkat yang lebih tinggi lebih sederhana. Transisi dari Alam Semesta kita ke alam semesta super Tingkat I menghilangkan kebutuhan untuk menentukan kondisi awal. Pergerakan lebih lanjut ke level II menghilangkan kebutuhan untuk menentukan konstanta fisik, dan pada level IV tidak perlu menentukan apa pun. Kompleksitas yang berlebihan hanyalah persepsi subjektif, sudut pandang katak. Dan dari sudut pandang seekor burung, alam semesta super ini sangat sederhana. Keluhan tentang ketidakmampuan memahami bersifat estetis, bukan ilmiah, dan hanya dibenarkan dalam pandangan dunia Aristoteles. Ketika kita mengajukan pertanyaan tentang hakikat realitas, bukankah kita seharusnya mengharapkan jawaban yang mungkin tampak aneh?

Portal untuk anak sekolah. Persiapan diri

Kucing Schrödinger

Alam Semesta Tanpa Batas

Ledakan besar

Perjalanan waktu

Alam semesta paralel cocok dengan logika pengetahuan

Dimana buktinya?

Multiverse di dalam LHC

Pluralitas Dunia

Dalam kosmologi kuantum

Dalam teori string

Validitas teori

ARTIKEL TERKAIT