Faulkner, Wszechświaty równoległe

Danny R. Faulkner
Wszechświaty równoległe [*]

Wszechświaty równoległe są od dawna podstawą wielu opowieści science fiction i fantasy. Przykładem jest odcinek 113 Strefy mroku wyemitowany w 1963 roku. Pokazywał on astronautę, który na jakiś czas znalazł się w równoległym wszechświecie. Czym jest wszechświat równoległy? Wszechświat równoległy to alternatywny wszechświat, który może być bardzo podobny do naszego wszechświata, ale może być też i radykalnie odmienny. Niewielkie różnice mogą występować nawet we wszechświecie równoległym podobnym do naszego. Na przykład we wspomnianym odcinku serialu Strefy mroku astronauta jest we wszechświecie równoległym pułkownikiem, a nie majorem. Dom astronauty jest tam otoczony białym płotem, a we właściwym wszechświecie astronauty jego dom nie ma ogrodzenia. Co więcej, astronauta wie, że John Kennedy jest prezydentem Stanów Zjednoczonych, ale wygląda na to, że we wszechświecie, w którym się znalazł, nikt nigdy nie słyszał o Kennedym. Wszechświaty równoległe to nie tylko obszar science fiction i fantasy. Fizycy dużo pisali o możliwości istnienia wszechświatów równoległych. Jednak opracowałem bardzo prosty, ale elegancki dowód na to, że wszechświaty równoległe nie istnieją. Podzielę się nim na zakończenie tego bloga.

Wniosek o istnieniu wszechświatów równoległych dzięki interpretacji kopenhaskiej mechaniki kwantowej
Dlaczego niektórzy fizycy uważają, że mogą istnieć wszechświaty równoległe? Zwykła droga do tego przekonania prowadzi przez mechanikę kwantową. Opracowana sto lat temu mechanika kwantowa jest fizyką bardzo małych cząstek, takich jak elektrony. Począwszy od końca XIX wieku seria eksperymentów wykazała, że mechanika klasyczna opracowana pod koniec XVII wieku przez Sir Isaaca Newtona nie była w stanie dokładnie opisać ruchu cząstek subatomowych. Było to spore zaskoczenie, ponieważ mechanika klasyczna przez dwa stulecia bardzo dokładnie opisywała świat makroskopowy. Opracowanie podstaw mechaniki kwantowej zajęło kilka dekad. Największa różnica pomiędzy mechaniką klasyczną a mechaniką kwantową dotyczy dokładności poznawania rzeczy. W mechanice klasycznej zdolność do poznania położenia i prędkości cząstki jest ograniczona tylko tym, jak precyzyjnie możemy te parametry zmierzyć. Gdybyśmy mogli z nieskończoną precyzją zmierzyć położenie i ruch cząstki w jakiejś chwili i gdybyśmy dokładnie znali siły działające na tę cząstkę, moglibyśmy przewidzieć przyszłe położenie i prędkość cząstki z nieskończoną dokładnością. Jednak w mechanice kwantowej nasza zdolność do mierzenia takich wielkości jest ograniczona, ponieważ mikroskopijny świat jest rozmyty.

Rozmyty i falisty
Dlaczego mówimy, że mikroskopijny świat jest rozmyty? Cząstki subatomowe zachowują się tak, jakby były falami. Cząstkę można zlokalizować ustalając położenie środka jej masy. Ale fala z natury jest rozciągnięta w przestrzeni, więc jakie jest jej położenie? Ktoś mógłby uważać, że położenie fali jest położeniem jej maksymalnej wysokości, ale równie dobrze ktoś inny mógłby twierdzić, że fala znajduje się w miejscu minimalnej wysokości fali lub że jej położenie jest gdzieś pośrodku. Fizycy wyrażają tę fundamentalną nieostrość za pomocą zasady nieoznaczoności Heisenberga zwanej też zasadą niepewności. Ta niepewność nie jest kwestią braku wystarczających informacji lub braku precyzji pomiarów. Nieoznaczoność mechaniki kwantowej dotyczy samych podstaw, ponieważ istnieje granica tego, z jaką dokładnością możemy poznawać takie własności cząstek subatomowych, jak ich położenie lub energia, bez względu na to, jak dokładnie chcielibyśmy poznawać takie własności. [1]

Kluczowym składnikiem mechaniki kwantowej jest równanie falowe Schrödingera. Fizycy rozwiązują to równanie, aby opisać zachowanie się cząstek subatomowych. Znanym tego przykładem jest wystrzeliwanie skolimowanej wiązki elektronów [czyli elektronów o torach równoległych] na dwie znajdujące się bardzo blisko siebie szczeliny. Kiedy fale świetlne biegną ku dwóm takim szczelinom, przechodzą jednocześnie przez obie szczeliny. W rezultacie obie powstałe po przejściu szczelin fale wytwarzają wzorzec interferencyjny na ekranie po drugiej stronie. Od dawna wiedzieliśmy, że tak właśnie fale się zachowują. Kiedy jednak fale zastąpi się wiązką elektronów, one również utworzą wzorzec interferencyjny po drugiej stronie, co wskazuje, że elektrony przechodzą przez obie szczeliny jednocześnie, podobnie jak fale. Ale elektrony często w innych eksperymentach zachowują się tak jak cząstki, a nie jak fale. Niemniej jednak rozwiązanie równania Schrödingera w omawianej sytuacji dokładnie przewiduje położenie na ekranie elektronów, które przeszły przez szczeliny. Sytuacja staje się jednak jeszcze dziwniejsza. Można bowiem tak powtórzyć eksperyment dwuszczelinowy, żeby zamiast monitorowania wielu elektronów, mierzyć indywidualne elektrony sprawdzając, czy przechodzą one przez obie szczeliny, czy tylko przez jedną. Kiedy przeprowadzamy ten eksperyment, stwierdzamy, że indywidualne elektrony zamiast przechodzić jednocześnie przez obie szczeliny, przechodzą tylko albo przez jedną, albo przez drugą szczelinę. Jak to możliwe?

Sto lat temu fizycy z pasją zajmowali się szukaniem odpowiedzi na to kłopotliwe pytanie. Szybko zdali sobie sprawę, że falowe rozwiązanie równania Schrödingera dla układu identycznych cząstek jest funkcją prawdopodobieństwa. Fala ma wartości dodatnie na połowie swojej domeny i ujemne na drugiej połowie. Podnoszenie do kwadratu jej wartości eliminuje wszystkie wartości ujemne. Ta podniesiona do kwadratu fala dokładnie przewiduje rozkład dużej próbki cząstek kwantowo–mechanicznych, takich jak elektrony. Tam, gdzie prawdopodobieństwo jest wysokie, cząstek jest wiele, a tam, gdzie prawdopodobieństwo jest niskie (bliskie zeru), cząstek jest niewiele. Dlatego równanie falowe eksperymentu należy traktować jako rozkład prawdopodobieństwa dużej próbki eksperymentów. Obserwowany rozkład cząstek w eksperymentach zawsze odpowiada funkcji rozkładu przewidzianej przez równanie falowe dla danego eksperymentu. Ta zgodność między teorią a rzeczywistością jest złotym standardem w testowaniu idei naukowych. Ale gdy badamy pojedyncze cząstki, przyjmują one jedną wartość, na przykład przechodzą przez jedną albo drugą szczelinę zamiast przechodzenia jednocześnie przez obie szczeliny, jak jest w przypadku dużej próbki. Jak możemy rozwiązać tę wyraźną niezgodność?

Rozwiązanie?
Aby odpowiedzieć na to pytanie, około 1930 r. Niels Bohr zaproponował tzw. interpretację kopenhaską. Nazwana od miejsca, w którym Bohr wówczas mieszkał i pracował, interpretacja kopenhaska zakłada, że wszystkie cząstki poddane eksperymentom mechaniki kwantowej istnieją jednocześnie we wszystkich stanach prawdopodobieństwa. Cząstki istnieją w tym dziwnym stanie, dopóki nie przeprowadzimy eksperymentu polegającego na obserwacji zachowywania się poszczególnych cząstek. Akt obserwowania cząstki powoduje kolaps jej równania falowego i dopiero wtedy cząstka przyjmuje określony stan. Ta dziwna koncepcja od chwili jej zaproponowania stała się dominującym przekonaniem wśród fizyków. Ma ona głębokie, metafizyczne implikacje. Na przykład wszechświat można postrzegać jako sumę wielu eksperymentów kwantowo–mechanicznych, co czyni go finalnym eksperymentem mechaniki kwantowej. Jeśli tak, to jak jest możliwe, by wszechświat przyjmował określony stan istnienia, jeśli nie ma nikogo, kto by go obserwował powodując, że funkcja falowa wszechświata kolapsuje w określony stan istnienia? Niektórzy fizycy uważają, że odpowiedź na to pytanie może wyjaśniać naszą egzystencję. Gdyby we wszechświecie nie było żadnej świadomej formy życia obserwującej istnienie wszechświata, wówczas funkcja falowa wszechświata nie zapadałaby się, a wszechświat istniałby tylko jako zespół nigdy nie realizujących się prawdopodobieństw. Oznacza to, że istnienie wszechświata zależy od naszej obecności i obserwowania przez nas wszechświata, dzięki czemu jego funkcja falowa się zapada, dzięki czemu on istnieje.

Podejście to ma służyć wyjaśnieniu wysoce nieprawdopodobnych cech wszechświata, które wydają się umożliwiać nasze istnienie. Wielu fizyków i kosmologów zdumiewało się tzw. subtelnym dostrojeniem, jakie nasz wszechświat wydaje się przejawiać. W 1973 roku Brandon Carter ukuł termin zasada antropiczna, aby odnieść się do faktu, że wszechświat wygląda na zaprojektowany dla człowieka. Gdyby choć jedna z wielu własności wszechświata nieznacznie się zmieniła, to nasze istnienie w tym wszechświecie nie byłoby możliwe. W książce z 1986 roku The Anthropic Principle John Barrow i Frank Tipler stwierdzili, że wszechświat tylko wydaje się zaprojektowany. Argumentowali oni, że gdyby wszechświat był inny, to nas by nie było i ta dyskusja by się nie odbywała, więc nie powinniśmy się dziwić, że wszechświat wygląda tak, jakby sprzyjał naszemu istnieniu. Ale nie jest to odpowiedź na nasz problem. Jeśli istnieje tylko jeden wszechświat, to ten wszechświat jest skrajnie nieprawdopodobny. Istnieje przecież bardzo duża (nieskończona?) liczba sposobów istnienia wszechświata, ale większość z nich jest niegościnna dla życia. Dlaczego więc akurat tak się stało, że wszechświat ma odpowiednie właściwości umożliwiające pojawienie się życia?

Jednym ze sposobów wyjścia z tego dylematu jest założenie, że nasz wszechświat nie jest jedynym wszechświatem. Wieloświat, jak zaczęto nazywać tę ideę, polega na wierze, że istnieje wiele, być może nieskończenie wiele, wszechświatów. Większość tych wszechświatów jest sterylna, pozbawiona wszelkiego życia, ale bardzo niewielka część wszechświatów sprzyja życiu. Ponieważ nie możemy istnieć w większości wszechświatów, występuje efekt selekcji polegający na tym, że żywe istoty istnieją tylko we względnie nielicznych wszechświatach, w których życie jest możliwe. Co się stanie, jeśli do wieloświata zastosujemy interpretację kopenhaską? Zakładając, że interpretację kopenhaską można zastosować do każdego wszechświata, tylko w tych wszechświatach, w których występują istoty obdarzone psychiką, zachodzi zapadnięcie się (kolaps) funkcji falowej, wskutek czego wszechświaty te zaczynają fizycznie istnieć. Wszystkie inne wszechświaty, w których życie nie istnieje, pozostają w stanie jednoczesnego istnienia i nieistnienia. Dlatego istnieją tylko te wszechświaty, w których obecne są formy życia obdarzone psychiką. W związku z tym możemy powiedzieć, że wspomniany efekt selekcji działa odwrotnie, niż twierdzili Barrow i Tipler: to nie dlatego my istniejemy, bo wszechświat istnieje w pewnym stanie, ale to wszechświat istnieje w pewnym stanie, ponieważ my istniejemy.

Interpretacja wieloświatowa
Do takiego wniosku na temat innych wszechświatów można dojść też na kilka innych sposobów. Przedstawię tu jeden z nich. Chociaż interpretacja kopenhaska jest dominującą interpretacją mechaniki kwantowej, nie jest to jej jedyna interpretacja. W 1957 roku Hugh Everett przedstawił tzw. interpretację wieloświatową. Nie akceptuje ona zapadania się funkcji falowej i zamiast tego przyjmuje , że funkcja falowa jest obiektywnie realna. Dlatego wszystkie możliwe wyniki eksperymentu kwantowo–mechanicznego istnieją fizycznie odpowiednio do swoich prawdopodobieństw. Ponieważ w naszym wszechświecie ujawnia się tylko jedna możliwość, to inne możliwości muszą występować w innych światach czyli w innych wszechświatach. W konsekwencji każdy eksperyment mechaniki kwantowej skutkuje stworzeniem alternatywnych wszechświatów rozgałęziających się z naszego wszechświata. Gdy uwzględnimy wszystkie wydarzenia, jakie mogły się wydarzyć w historii, zgodnie z tą interpretacją musi istnieć oszałamiająca liczba alternatywnych wszechświatów, przy czym cały czas powstają nowe, o identycznej historii jak nasz wszechświat. Początkowo pomysł Everetta był mocno krytykowany, ale zyskuje coraz większe poparcie, szczególnie w ostatnich latach.

Zakładając, że całość jest sumą części, takiej interpretacji muszą podlegać nawet makroskopowe możliwości. Za każdym razem, gdy dokonujemy jakiegoś wyboru makroskopowego, pojawiają się nowe wszechświaty, a każda możliwość występuje w oddzielnych wszechświatach. Na przykład, zwykle ubieram się do pracy w to, co moja żona przygotowała dla mnie poprzedniego wieczoru. Wczoraj wieczorem przygotowała dla mnie czarne spodnie i oliwkową koszulkę polo, więc to właśnie mam na sobie, kiedy to piszę. Ale mogła wybrać dla mnie dowolną liczbę innych strojów. Musi więc istnieć kilka innych wszechświatów, w których piszę na tym blogu zupełnie inaczej ubrany. A może istnieje wszechświat, w którym noszę wprawdzie to, co mam na sobie w tej chwili, ale postanawiam zrobić sobie przerwę i obejrzeć w internecie film o kotach. Mam nadzieję, że mój szef w tym alternatywnym wszechświecie, Andrew Snelling, nie dowiaduje się o tym! A może w tym alternatywnym wszechświecie ktoś inny jest moim szefem lub nawet ja jestem szefem. Możliwości jest bez końca. Właśnie tak ludzie dochodzą do tego sposobu myślenia, na podstawie którego wymyślono odcinek Strefy mroku, o którym wspomniałem na początku tego bloga.

Wniosek
Istnieją też inne sposoby dochodzenia do tego samego wniosku o istnieniu wieloświata. Wiele z nich jest związanych z mechaniką kwantową, ale wiele z nich jest też związanych z ogólną teorią względności. Mechanika kwantowa i ogólna teoria względności to bliźniacze filary współczesnej fizyki. Ostatecznie jednak są to teorie niezgodne. Na przykład nie istnieje kwantowa teoria grawitacji. Większość fizyków uważa, że połączenie tych dwóch teorii w jedną jest możliwe, ale ta nowa szersza teoria prawdopodobnie jest sprawą odległej przyszłości. Właśnie dążenie do tej unifikacji doprowadziło wielu fizyków do uznania, że istnieje wieloświat. Jeszcze nie tak dawno pojęcie wieloświata było odległą ideą, ale obecnie funkcjonuje już w głównym nurcie fizyki.

Jak biblijny chrześcijanin powinien odpowiedzieć na te spekulacje? Niektórzy chrześcijanie są skłonni sądzić, że to właśnie Bóg jest Obserwatorem odpowiedzialnym za zapadanie się funkcji falowych. Wydaje się jednak, że ogranicza to Boga, zmuszając go do przestrzegania jakiejś zasady, która jest poza jego kontrolą. Jest oczywiste, że jest to zdecydowanie niebiblijne ujęcie bardzo ograniczonego Stwórcy. Zwróćmy uwagę, że cała ta koncepcja wieloświata była podyktowane chęcią uniknięcia wniosków z faktu, że wszechświat został zaprojektowany. Jeśli nie ma Projektanta, to i nie ma projektu, więc kiedy widzimy to, co wygląda na projekt, musimy się mylić i należy to jakoś wyjaśnić. Ale jako chrześcijanie spodziewamy się widzieć projekt w świecie, gdyż Bóg zaprojektował świat dla nas. Mamy jakiś cel, więc świat też ma cel. Ponieważ w świecie istnieje projekt, to nie ma powodu, aby przywoływać ideę wszechświatów równoległych. Dlatego pomysł wieloświata i inne idee dotyczące wszechświatów równoległych są sprzeczne z biblijnym myśleniem.

Zacząłem ten blog od stwierdzenia, że opracowałem elegancki, niepodważalny dowód na to, że nie ma równoległych wszechświatów. Jeśli istnieją wszechświaty równoległe i wszystkie możliwe wydarzenia występują w tych wszechświatach, to musi istnieć przynajmniej jeden wszechświat, w którym nagranie Captain and Tennille „Muskrat Love” było piosenką numer jeden w latach 1970–tych. Wszyscy wiedzą, że to niemożliwe. Dlatego nie ma wszechświata, w którym „Muskrat Love” była piosenką numer jeden lat 1970-tych. A tym samym nie ma równoległych wszechświatów, w których istniałyby wszystkie możliwe wydarzenia.
q.e.d.

Przypisy

[*] Oryginał: Dr. Danny R. Faulkner, „Parallel Universes”, April 1, 2021, https://answersingenesis.org/blogs/danny-faulkner/2021/04/01/parallel-universes/. Z jęz. ang. tłum. Mieczysław Pajewski.

[1] (Przyp. tłumacza) Ściśle rzecz biorąc zasada nieoznaczoności Heisenberga nie wyklucza wyznaczania na przykład położenia cząstki z absolutną dokładnością. Zasada ta wyklucza poznawanie z absolutną dokładnością pewnych par wielkości, np. położenia i pędu albo energii i czasu. Jeśli więc dokładność pomiaru położenia cząstki zbliża się do absolutnej precyzji, niepewność pomiaru pędu dąży do nieskończoności.

Nie ma plików w tym folderze