Pasikėsinimas į multivisatas

Nors galaktikos atrodo didesnės už atomus, o drambliai lyg ir sunkesni už skruzdes, kai kurie fizikai pradėjo įtarti, kad dydžių skirtumai tėra iliuzija. Gali būti, kad fundamentaliame Visatos aprašyme nėra „masės“ ir „atstumo“ koncepcijų, nes gamta savo esme neturi mąstelio.
Vadinamoji mąstelio simetrija radikaliai nutolsta nuo tradicinių prielaidų apie tai, kaip el. dalelės įgyja savybes. Gerbiami fizikai grįžo prie pagrindinių daleles ir jų sąveiką aprašančių lygčių ir paklausė: Kas atsitiks, jei iš jų pašalinsime narius, susijusius su mase ir atstumu?

Taip pat skaitykite Lygiagrečios visatos
Lygiagrečiųjų visatų burbuliavimas

19 a. pabaigos austrų filosofas E. Machas neigė atomistinę teoriją – jis klausė: „Ar matėte bent vieną?“ Dabar panaši padėtis su multiversu... Ir dar, toji idėja pažeidžia Okamo skustuvo principą, pagal kurį pirmenybę reikia skirti paprastesniam aiškinimui. Bet juk E. Machas klydo dėl atomų!? O iš esmės, pirmaisiais, pasiūliusiais multiverso idėją, buvo tie patys, kurie pasiūlė ir atomus, t.y. Leukipas ir Demokritas, o jų pasekėjas iš Samoso salos Epikūras teigė, kad yra begalė pasaulių, tiek panašių, tiek nepanašių į mūsų. Tačiau Aristotelis protestavo ir tvirtino, kad logika reikalauja, kad būtų tik vienas pasaulis – ir ši nuostata išsilaikė iki 1277 m., kai Paryžiaus vyskupas paskelbė, kad mokslininkai, pateikiantys Aristotelio požiūrį, privalo būti atskirti nuo bažnyčios, nes tas teiginys neigia Dievo visagalystę (t.y. sukurti daugelį visatų, jei panortų). Tai įžiebė šimtmečius trunkančias diskusijas.

16 a. N. Kopernikas reikalą apvertė aukštyn kojomis, į centrą patalpinęs Saulę. Netrukus po to anglas Thomas Digges'as⁴⁾ išplėtė heliocentrinį modelį, žvaigždes „nukabinęs“ nuo kieto skliauto ir nukėlęs į kosmoso tolumas. Tai sudarė prielaidą minčiai apie daugelį pasaulių prie atskirų saulių. Matyt tai įkvėpė Dž. Bruno, kuris paskelbė, kad Dievas šlovinamas „ne prie vienos, o prie daugelio saulių; ne vienoje žemėje, o tūkstančių tūkstančiuose, sakyčiau begalybėje pasaulių“.

Dž. Bruno amžininkui J. Kepleriui nepatiko toji idėja – jis Visatą suvokė kaip Saulės sistemą. Pasauliai už mūsų pamatymo ribų nėra moksliniai: „Jei jie nematomi, jie nėra astronomijos objektas“ – ir visa, kas už matomumo ribų, „gryniausia metafizika“. Aišku, J. Kepleris klydo – vėliau, naudojant teleskopus, pamatyta daug tolimų, plika akimi nematomų žvaigždžių Paukščių take. Taip Visata išsiplėtė iki mūsų galaktikos, kurią supa tuštuma, dydžio. Tačiau kiek glumino ūkai joje – ir I. Kantas svarstė, ar tik jie nėra kitos galaktikos, tik labai tolimos, kurias 19 a. 5-e dešimtm. amerikiečių astronomas Ormsby MacKnight Mitchel’as⁵⁾ pavadino „visatų salomis“. Ši nauja idėja irgi buvo sutikta „su šakėmis“, pvz. 19 a. pabaigoje astronomijos populiarintoja Agnes Clarke tėškė, kad joks „kompetentingas mąstytojas“ negali tikėti tomis „visatų salomis“.

Bet ir vėl, 1924 m. E. Hablas įrodė, kad kai kurie ūkai, tarp jų ir Andromedos, iš tikro yra„visatų salos“, tokio pat dydžio, kaip ir mūsų Paukščių takas – ir Visata yra besiplečianti tokių „salų“ sistema. Tačiau 20 a. Visatos 9-me dešimtm. išvystyta infliacijos teorija leido naujai pažvelgti į multiverso klausimą – jei po Didžiojo sprogimo prasidėjo labai spartus „infliacinis“ plėtimasis, iš kurio vėliau susiformavo mūsų Visata, tai tokie procesai galėjo nutikti ir kitose erdvės vietose.

Vienu iškalbingiausių ir įsitikinusių multiverso teorijos propaguotųjų yra Sean Carroll'as (knyga „Kažkas giliai paslėpta“, 2019), savo tikėjimą remiantis kvantine mechanika, atseit multiversas yra neišvengiama kvantinės mechanikos pasekmė. Juk pagrindinė kvantinė lygtis, bangos funkcija, el. dalelę vaizduoja kaip užimančią daugybę galimų būsenų, galimų su skirtingomis tikimybėmis. Jos visos egzistuoja tol, kol jo neimsite „stebėti“, t.y. kol jis „nesubliukš“ (kolapsuos). Jau apie šimtmetį apie šią „išmatavimo problemą“ ginčijasi fizikai ir filosofai. S. Caroll‘ui vieninteliu problemos sprendimu yra 1957 m H. Evereto III pasiūlymas, kad elektronas iš tikro randasi visose galimose būsenose, tačiau tik ... skirtingose visatose. Toji hipotezė, imta vadinti daugelio pasaulių teorija per kitus dešimtmečius buvo išgryninta. Visata nuolat dalijasi, šakojasi į naujas visatas, el. dalelėms sąveikaujant. O kodėl mes nejaučiam to dalijimosi?! „O ar jaučiate Žemės judėjimą?“ – replikavo Everetas. O fizikai sumąstė dar keistesnių teorijų, kurias Tom Siegfried‘as⁶⁾ aptaria knygoje „Kiek yra dangų?“ (2019). Anot stygų teorijos, mūsų pasaulis tik „kalvelė“ plačiame visatų, kurių kai kurios turi visiškai skirtingas charakteristikas, kraštovaizdyje. Chaotinė infliacija laiko, kad mūsų Visata tik burbuliukas bekraščiame putojančioje jūroje.

Naujoji teorija pradeda su bazine lygtimi, kuri skirta masės neturinčiomis dalelėms, kurių kiekviena turi unikalius charakteristikų derinius, tokių kaip materijos ar antimaterijos, teigiamo ar neigiamo krūvio. Kadangi šios dalelės viena kitą traukia arba stumia, o jų sąveikos poveikiai nueina kaskadomis (tarsi domino), mąstelio simetrija „subyra“, - ir spontaniškai iškyla masė bei atstumai. Panašūs dinaminiai reiškiniai sugeneruoja 99% regimos Visatos masės. Protonai ir neutronai yra sudėtiniai – kiekvienas sudarytas iš lengvųjų kvarkų trejeto. Juos kartu išlaikanti energija suteikia jiems bendrą masę, kuri apie 100 kartų didesnė nei jų dalių suma. Belieka pasitikrinti, ar tokiu būdu gali būti sugeneruota visa masė...

El. dalelių fizikos „standartinio“ modelio lygtyse tik 2012 m. atrastas Higso bozonas pasirodo su mase iš pat pradžių. Anot prieš 50 m. sukurtos teorijos, Higso bozonas suteikia masę dalelėms, su kuriomis sąveikauja (elektronams, w- ir z-bozonams, atskiriems kvarkams ir t.t.

Pradėta nuo minties, kad net Higso bozonas neturi masės. Iki 2013-ųjų pradžioje LHC sustabdymo patobulinimams, jam nebuvo pavykę rasti gero tuzino dalelių, kurias jau apie 30 m. teoretikai buvo įtraukę į savo lygtis. Ar tai nekelia abejonių, kad kelis dešimtmečius viešpatavusios teorijos tėra muilo burbulas?

Mastelio simetrijos ištakos siekia 1995 m., kai William'as Bardeen‘as³⁾, teorinės fizikos mokslininkas iš Fermi Nacionalinės Greitintuvo laboratorijos Batavijoje, parodė, kad Higso bozonas ir kitos „standartinio modelio“ dalelės gali būti paskaičiuotos kaip spontaniškų mastelio simetrijos „sulaužymų“ pasekmės. Tačiau tada jo idėja neišplito, nes skaičiavimai neduodavo rezultatų, kai būdavo pabandoma į juos įtraukti naujas, dar neatrastas daleles – pvz., tokias, kurios buvo numatytos tamsiosios materijos ir gravitacijos paaiškinimui.

Tad fizikai nulaviravo prie „supersimetrijos“, kuri ne tik numato tuzinus naujų dalelių, kurių viena ar kelios gali prisidėti prie „tamsiosios materijos“ paaiškinimo, bet duoda sprendimą ir nuo pat pradžių kankinusiai problemai. „Standartiniame modelyje“ Higso bozono sąveikos su kitomis el. dalelėmis siekia padidinti jo masę prie didžiausių reikšmių, inimkartu su savimi „patempiant“ ir kitų dalelių masę. Tuo kvantinė mechanika panaši į demokratiją – visos dalelės siekia būti lygios. Lygiava baigtųsi, jei, kaip spėjama, kad ties daugybe milijardų kartų didesne už „Planko masę“ riba egzistuoja nežinomi „milžinai“, susiję su gravitacija. Ir tie sunkiasvoriai „sutepa“ Higso bozoną – ir taip nusitęsiantis procesas iki kitų el. dalelių iki pat Planko konstantos. Taip nėra, - ir nenatūrali hierarchija tarytum skiria lengvasvores el. daleles ir Planko masę.

W. Bardeen’as mases skaičiavo naujoviškai, neleisdamas lėkti link didžiausių verčių – ir tada lengvasvoris Higso bozonas atrodė visai natūraliai. Tačiau vis tik liko neaišku, kaip į skaičiavimus galima inkorporuoti Planko mastelio gravitacinius poveikius. Tuo tarpu supersimetrija naudoja standartines matematines technikas ir su hierarchija tarp „standartinio modelio“ ir Planko mastelio dirba tiesiogiai. Ji priima, kad kiekviena žinoma dalelė turi savo porą. Taigi joje kiekvienai dalelei su kuria sąveikauja Higso bozonas (pvz., elektronu) jis susitinka ir su jos nežymiai sunkesne dalele-dvyne (hipotetiniu „selektronu“) – ir susiję poveikiai niekada nesibaigia neleisdami Higso bozonui šokti iki didžiausio mastelio.
Tarsi fizikinis x + (–x) » 0 ekvivalentas, supersimetrija apsaugo nedidelę, tačiau nenulinę, Higso bozono masę.

Tačiau ... iki šiol nerasta nė viena supersimetrijos numatyta dalelė. Būtent to tikėjosi iš didžiojo hadronų koliderio (LHC) – ir fizikai jau pradeda abejoti, ar tai pavyks. Ir Higso bozonas lieka neapsaugotas.

Kad veiktų mastelio simetrija, ji turi atsižvelgti ir į mažas, ir į milžiniškas su gravitacija susijusias mases. Sudėtos į lygtis jos bando išsilyginti. Tačiau šiame modelyje abu masteliai privalo atsirasti dinamiškai (ir atskirai) iš nieko. Tai revoliucinis teigoimas, kad gravitacija gali neveikti Higso bozono masės.

Tikima, kad Planko mastelio ribose egzistuoja hipotetinės dalelės (dešinėje), milijardus kartų sunkesnės už žinomas. Tendencija skaičiavimuose suvienodinti sukurią šią nemalonią hierarchiją

Supersimetrijos teorija laiko, kad visos el. dalelės egzistuoja poromis, kurios trukdo dalelėms siekti Planko mastelio

Nauja idėja siūlo, kad el. dalelės įgauna masę per mastelio simetrijos „sulaužymą“: nėra mases koncepcijos ir nepriklausomi kvantiniai poveikiai verčia masę išsiskirti į du plačiai besiskiriančius mastelius

Bet ir multivisatų mada negali tęstis be ribų. Nauja teorija perrašo ir šį aspektą. Juk realūs paskaičiavimai yra įdomesni nei filosofiniai samprotavimai apie multivisatas.

A. Salvio ir A. Strumia sukūrė “antigravitacijos” (iš „a-matės gravitacijos“) teoriją, esančią, ko gero, stipriausia mastelio simetrijos koncepcijos realizacija. Ji visų mastelių dėsnius suaudžia į vieningą audinį, kuriame Higso bozono masė ir Planko masė atsiranda iš atskirų dinaminių poveikių. „High-Energy Physics“ birželio numeryje remiantis antigravitacija paaiškinama, kodėl pirmosiomis akimirkomis po Didžiojo sprogimo vyko infliacinis Visatos plėtimasis.

Tačiau teorija turi rimtą trūkumą – jai būtina, kad egzistuotų keistos į el. daleles panašios esybės vadinamos „šmėklomis“, kurios turi arba neigiamą energiją, arba neigiamą egzistavimo tikimybę. Abu atvejai sukelia sumaištį kvantinio pasaulio lygtyse. Tačiau neigiamos tikimybės sunaikina tikimybinę kvantinės mechanikos interpretaciją. O jei Visata jau nėra tikimybinė, tada išnyksta ir daugybinės visatos. Juk kadaise, kai pirmąkart lygtyse pasirodė antidalelės, atrodė, kad jos turi neigiamą energiją, kas atrodė nesąmone. Tad gal ir „šmėkloms“ atsiras prasmingas paaiškinimas.

Kitos komandos kuria savas mastelio simetrijos versijas. Pvz., M. Lindner’is pasiūlė modelį su nauju dalelių “slaptu sektoriumi”, o W. Bardeen’as, J. Lykken’as, M. Carena ir M. Bauer’is 2014 m. rugpjūčio 14 d. straipsnyje tvirtina, kad standartinio modelio mastelį ir gravitaciją skiria fazės moduliacija. Jie aptiko masės mastelį, kuriame Higso bozonas liaujasi sąveikauti su kitomis dalelėmis priversdamas jų masę nukristi iki nulio. Būtent tada įvyksta fazės pasikeitimas. Kaip kad vanduo ima elgtis kitaip virtęs ledu, skirtingi dėsniai galioja virš ir žemiau šios ribos.

Ši idėja pernelyg skirtinga, pernelyg nauja, ir naudoja matematines technikas, kurias kai kurie laiko įtartinomis. O kadangi ji spėja egzistuojant naujas el. daleles, LHC turės darbo bandant jas surasti. Viltis visada miršta paskutine...

Įrodytas dualistinis efektas? Neseniai australų tyrinėtojų grupė, vadovaujama H. Vaismano1), pabandė paaiškinti lygiagrečiųjų pasaulių paradoksą. Bandymai sutaikinti klasikinę ir kvantinę mechaniką bandyta ne kartą. 1950 m. amerikietis Hugh Everett III2) pasiūlė teoriją, kuri klasikinį pasaulį pateikia kaip vienalaikio daugybės kvantinių nesusiliečiančių matavimų egzistavimo pasekmę. Ji pavadinta „daugiapasaulia interpretacija“. Tačiau Vaismano variante numatytas pastovus pasaulių kontaktas ir sąveika, kurią galima aprašyti matematiškai. Mat kvantinėje fizikoje yra vadinamasis tunelio efektas – kvantinėmis savybėmis pasižyminti dalelė (pvz., fotonas) įveikia energetinį barjerą nepaisant to, kad jos pačios energija mažesnė už barjero energiją. Klasikinėje mechanikoje tai neįmanoma. Anot Vaismano, kai dalelės iš skirtingų matavimų artėja prie energetinio barjero iš skirtingų pusių, viena jų didins greitį, o kita „atšoks“ atgal. Tokiu būdu pirmajai dalelei pavyks įveikti barjerą. Yra ir kitų pasaulių tarpusavio poveikio pavyzdžių. Pvz., anot Vaismano, jei susiliečiančių matavimų bus 41, tai sukels kvantinę interferenciją. Ją galima stebėti Tomo Jungo bandymuose, kai šviesos dalelės skleidžiamos į ekraną. Pakeliui yra du plyšiai. Šiaip, dalelė turėtų pereiti tik per vieną plyšį. Taip ir nutinka, jei greta yra stebėtojas ar detektorius, fiksuojantis, pro kurį plyšį praėjo dalelė. Tačiau jei procesas nestebimas, tai šviesos spinduliai virsta banga, ekrane sudarydami būdingą interferencinį piešinį. Taip buvo patirtinta dualistinė (korpuskulinė-bangos) šviesos prigimtis. Multiversas įrodomas?! Kaip prasidėjo mūsų Visata?  L. Mersini-Houghton didžioji idėja tame, kad Visatą jos pradžioje gali suprasti kaip kvantinę banginę funkciją (matematiniu galimybių aprašymu), kuri sukūrė daugybę įvairių visatų, tame tarpe ir mūsiškę. Kartu ji pasiūlė, kaip kitos visatos palieka įspaudą mūsų Visatoje. Tiesa, tos idėjos priimtos prieštaringai, o kai kurie fizikai sako, kad jos klaidingos. Vis tik Laura tvirtina, kad jas patvirtina po Didžiojo sprogimo likusio spinduliavimo (CMBR) tyrimai. Pagal antrąjį termodinamikos dėsnį bet kurios sistemos entropija tik auga laikui bėgant. Tad mūsų Visatos pradžioje jos entropija turėjo būti labai maža, o tai reiškia, kad mūsų Visatos atsiradimas buvo labai mažai tikėtinas. R. Penrose nustatė, kad šansas jai atsirasti buvo 1 iš 1010-10123. Tačiau ji egzistuoja, nes mes esame joje! Laura apie kvantinį multiversą pradėjo mąstyti trečiojo tūkstantmečio pradžioje, kai pakilime buvo stygų teorija, kuri leidžia visą galimų pradinių energijų būsenų spektrą. Tačiau teoretikams tai nepatiko, nes jie siekė gauti vieną vienintelę visatą. Visatos galėjo atsiskirti per infliacijos etapą – ir to atsiskyrimo pėdsakus galėtumėm pamatyti mikrobanginiame fono spinduliavime. 2005-06 m. kartu su Richard Holman‘u ir Tomo Takahashi išsakiau spėjimus (predikcijas). Vienu spėjimu buvo milžiniškos tuštumos arba šaltos dėmės reliktiniame spinduliavime buvimas. Ir tokia tuštuma, apie 900 mln. švm. pločio buvo aptikta su WMAP ir patvirtino „Planck“ palydovas (apie tai skaitykite >>>>>).

Trumpos biografijos:

¹⁾ Hovardas Vaismanas (Howard Mark Wiseman, g. 1968 m.) – australų kvantinės fizikos mokslininkas, pasižymėjęs darbais kvantinių matavimų, kvantinės iformacijos, atvirų kvantinių sistemų, daugelių sąveikaujančių lygiagrečių pasaulių aiškinimas kvantinės mechanikos terminais.

²⁾ Hiu Everetas III (Hugh Everett III, 1930-1982) – amerikiečių fizikas, pirmasis 1957 m. pasiūlęs daugelio pasaulio koncepciją kvantinėje fizikoje ją pavadindamas „santykine būseną“. Apgynęs daktarinę disertaciją, metė fiziką ir vystė apibendrintų Lagranžo daugiklių taikymą operacijų tyrimuose ir užsiėmė tų taikymų komerciniais diegimais.

³⁾ Viljamas Bardinas (William Allan Bardeen, g. 1941 m.) - amerikiečių fizikas teoretikas iš Fermi nacionalinės dalelių greitinimo laboratorijos. Jis kartu su kitai sukūrė aksialinio vektoriaus srovės anomalijos teoriją svarbią šiuolaikinėje teorinėje fizikoje. Jo indėlis buvo svarus vystant perturbacijos teoriją kvantinėje chromodinamikoje ir elektros silpnosios sąveikos „sulaužymo“ dinamikoje. Laikomas ekspertu kvantinio lauko teorijoje ir jo taikyme el. dalelių reiškiniams.

⁴⁾ Tomas Digesas (Thomas Digges, apie 1546-1595) – anglų matematikas ir astronomas, buvęs vienu pirmųjų heliocentristinės sistemos propaguotojų. Jis vienas pirmųjų spėjo, kad žvaigždės nėra pritvirtintos ne prie vieno kieto dangaus skliauto, o yra nutolusios skirtingais atstumais nuo Žemės – ir net iki begalybės.
Kartu su tėvu Leonardu užsiėmė reflektorinio teleskopo konstravimu. Taip pat nagrinėjo taisyklingus ir pusiau taisyklingus briaunainius, užsiėmė balistika. Vienu jo pasiekimų yra bandymas kartu su Džonu Di išmatuoti 1572 m. sužibusios Ticho Brahės Naujosios žvaigždės (plačiau apie šią supernovą žr. >>>>>)  paralaksą. Jo nebuvimas leido padaryti išvadą, kad toji žvaigždė yra toli už Mėnulio orbitos. Jis tą žvaigždę laikė „stebuklu“, atsiradusiu Viešpaties valia ir įrodančiu jo visagalybę. Jos ryškumo kitimą siejo su atstumo iki jos kitimu, atsirandančiu dėl Žemės sukimosi apie Saulę.

⁵⁾ Ormsbis Mitčelas (Ormsby MacKnight Mitchel, 1810-1862) – amerikiečių astronomas, Pilietinio karo generolas. Pasižymėjo išleisdamas JAV pirmąjį astronomijai skirtą žurnalą „Sidereal Messenger“ (1846). Sinsinatyje įsteigė observatoriją, kur stebėjo kometas, dvinares žvaigždes ir kitką. Vėliau susidomėjo inžinerija ir nutiesė kelis geležinkelius, taip susikraudamas nemažą kapitalą. Prasidėjus Pilietiniam karui (1861-1865), stojo į Federalų armiją, tačiau netrukus susirgo karštlige ir mirė.

⁶⁾ Tomas Zigfridas (Tom Siegfried) – „Science News“ vyr. redaktorius, prižiūrintis www.sciencenews.org tinklaraštį. Yra daugiau žurnalistas nei mokslininkas. 1985-2004 m. buvo „The Dallas Morning News“ redaktoriumi moksliniais klausimais. Parašė kelias knygas: „Bitas ir švytuoklė“ (2000), „Keisti dalykai ir puikioji matematika“ (2002), „Nuostabioji matematika“ (2006) ir kt.

Ar tai mokslas?
Visatos modeliai
Kvantinis chaosas
Besiplečianti Visata
Lyginamoji kosmologija
Manipuliacijos šviesa
Antigravitacijos paieškos
Nekritinė stygų teorija
Kvantinio pasaulio katinai
Juodųjų skylių paradoksai
Paslėpti erdvės matavimai
Hadronų koliderio kūrėjas
Bendroji reliatyvumo teorija
3-iojo tūkstantmečio mokslas
Chaosas linksta į sinergetiką
Ar egzistuoja lygiagretūs pasauliai?!
Juodosios skylės ne tokios jau ir juodos
Labai prasta balerina ir šuolis laike?
Kvantinė chemija – ateities mokslas?
Šiuolaikinė fizika – į tiesą panašus mitas?
Kas padėjo tamsiosios materijos supratimui
Kvantinė mechanika: Triumfas ar ribotumas?
Artileristas, atradęs sustingusio laiko sferą
Šriodingerio katinų dresiravimas: kvantiniai kompiuteriai
Savaime besiorganizuojantis kvantinis pasaulis
Stivenas Hokingas – nenurimstantis invalidas
El. dalelių simetrija persmelkia viską
Labai suderinta Visatos sandara
Lemtingasis Rentgeno atradimas
Kokia yra Visata? Sukasi?
Nepaprasti Visatos skaičiai
Kaip sukurti laiko mašiną?
Tadžikai apie astronomiją
Vieningo lauko teorija
Nuo Quanta prie Qualia
Lygiagrečios visatos
Gyvenimas po mirties
Torsioniniai laukai
Tamsioji materija
Laiko fenomenas
Vartiklis
NSO.LT