"Chtěl bych mluvit o velmi vážných rozpacích," řekl Mario Livio, uznávaný vědec a autor, na panelu na World Science Festival v New Yorku minulý měsíc.
Se třemi dalšími prominentními astrofyziky v panelu se Livio ponořil do jednoho z nejvíce matoucích (a trapných) problémů v moderní astrofyzice, což vedlo k diskusi o tom, zda by náš vesmír mohl být nebo nemohl být jen jedním z nekonečného množství multivesmírů – a zda teorie multivesmíru je pro vědu dobrá nebo špatná.
Trapnost, o které Livio mluví, je někdy známá jako vakuová katastrofa. Skutečně prázdný prostor, vysátý z jakéhokoli vzduchu nebo částic, má podle pozorování stále vlastní energii, řekl Livio. Ale když vědci používají teorie kvantové mechaniky, aby se pokusili vypočítat tuto energii vakua, jejich výsledky se liší od naměřených výsledků asi o 120 řádů, neboli číslo 1 následované 120 nulami.
"To je velké číslo i v astronomii," řekl Livio. "Hlavně pro nesrovnalost."
Jeden z panelistů, Josh Frieman, přivezl domů, jak alarmující je tato chyba.
"Abyste udělali tak velkou matematickou chybu, víte, že na ní musíte opravdu tvrdě pracovat. Není to snadné," řekl Frieman, který je vedoucím vědeckým pracovníkem ve Fermi National Accelerator Laboratory a současným ředitelem Dark Energy Survey.
Dokonce i zahrnutím určitých úprav byli fyzici schopni snížit chybu pouze na asi 55 řádů, řekl Livio.
Člen panelu Adam Riess, profesor vesmírných studií na Johns Hopkins University a astronom z Space Telescope Science Institute, dodal, že pokud by vypočítaná hodnota energie vakua byla pravdivá, „pak by zrychlení bylo tak silné, že by se roztrhlo na kusy. galaxie, hvězdy, planety, než se cokoliv zformovalo,“řekl Riess. "Takže jen naše existence nám říká, že ten výpočet je hrubě nepřesný."
Odkud se ale bere tak překvapivě velká chyba? Vědci jsou zatím podle panelistů ohromeni.
"Existují různé možnosti," řekl Livio. "Jednou z možností je, že opravdu nevíme, jak vůbec vypočítat energii vakua. Nebo že možná ani energie vakua není něco, co byste mohli vypočítat z prvních principů."
"Pak lidé přišli s možností, že ve skutečnosti neexistuje jen jeden vesmír, ale existuje multivesmír. Existuje obrovský soubor vesmírů."
Důvod, proč by multivesmír mohl vyřešit tento problém, je ten, že by mohl naznačovat, že energie vakua je „náhodná proměnná“, řekl Livio. To znamená, že to není odvozeno z fyzikálního principu, který vědci mohou zjistit, ale spíše to bylo určeno náhodně. Pokud existuje mnoho a mnoho dalších vesmírů (možná nekonečný počet), pak se vytvořením tolika vesmírů by se proměnné mohly u každého trochu změnit. (Existují různé „multiverzní“teorie a některé nemusí nutně zahrnovat nekonečný počet jiných vesmírů.)
Pokud je nějaká verze teorie multivesmíru pravdivá, pak skutečnost, že náš vesmír je vhodný pro život, je jen produktem statistiky: pokud se vytvoří dostatek vesmírů, musí mít alespoň jeden z nich správnou kombinaci faktorů pro život.
Priyamvada Natarajan, profesor astronomie a fyziky na Yaleově univerzitě, který studuje exotickou hmotu ve vesmíru, zdůraznil, jak se paluba zdá být postavena proti vesmíru, který je pohostinný pro život.
"Faktem je, že k popisu všech vlastností našeho vesmíru potřebujete asi šest čísel - minulost, přítomnost, budoucnost. A můžeme měřit s různou mírou přesnosti. A pokud se některé z těchto čísel skutečně odchýlilo od toho, změřit, aby byly, pak by život nebyl možný,“řekl Natarajan. "Takže je tu skutečný problém s jemným doladěním. […] Věci musí být prostě tak, abychom měli vesmír, který máme."
Proč tedy náš vesmír skončil s dokonalým uspořádáním proměnných? Existuje fyzikální příčina, kterou vědci mohou odhalit a popsat matematicky?
Nebo je náš vesmír jen jedním možným multivesmírem určeným hodem kostkou?
"Tato možnost zvyšuje krevní tlak mnoha fyziků," řekl Livio. "Ostatní si myslí, že je to jediná cesta ven."
Vysvětlení multivesmíru pro nesoulad vakuové energie je příkladem něčeho, co se nazývá antropický princip, řekl Frieman. Tento filozofický argument je poněkud kruhový a v podstatě říká, že vzestup vnímajících bytostí v tomto vesmíru se zdá být pozoruhodný pouze proto, že vnímající bytosti ho pozorují. Kromě toho princip odmítá hledání důvodu, proč byl tento vesmír naladěn na hostitele života.
"Moji kolegové a já tomu říkáme slovo 'A'," řekl Frieman. "A může to být vysvětlení, proč je energie vakua tak malá. Podle mého názoru je problém s tímto přístupem v tom, že vás odvádí od hledání fyzikálních přístupů k problémům."
V historii vědy existují příklady, kdy lidé přijali antropický přístup k problému, ale pak našli fyzické vysvětlení.
„Myslím, že i sám Hawking to nazval ‚radou zoufalství‘,“řekl Frieman. "Protože v podstatě říkáte, že pro to nikdy nepřijdeme na fyzické vysvětlení."
Antropický princip se však také v některých případech ukázal jako správný.
Jeden příklad běží paralelně s otázkou, proč je vesmír způsobilý podporovat život: proč je Země způsobilá podporovat život?
"Proč jsou Slunce a Země od sebe vzdáleny 93 milionů mil? To je tak velké číslo. To nám dává vodu a usnadňuje život," řekl Riess.
Existuje základní fyzikální vysvětlení, proč Země přistála na tomto skvělém místě? Nebo to byl jen šťastný hod kostkou?
Díky relativně nedávnému objevu tisíců exoplanet vědci vědí, že je to ta druhá – s tolika exoplanetami ve vesmíru bylo pravděpodobné, že několik z nich získalo všechny podmínky vhodné pro život.
Riess tvrdil, že protože nemáme stejné chápání vesmíru jako exoplanet, bylo by předčasné tvrdit, že vysvětlení multivesmíru je správné.
"Víc mě ale znepokojuje, že ztrácíme spojení s vysvětlováním našeho světa," řekl. "Protože je to skoro jako vzývat v tu chvíli božstvo, říct, no, oni to prostě nastavili tak, aby to bylo správné. Nemůžeš pochopit jejich myšlenky. Prostě řekneš, že to tak chtěli."
Ale Natarajan nabídl jiný výklad.
"Jedním z důvodů, proč mě argument multivesmíru skutečně oslovuje, je, že ve skutečnosti není prostor pro jednání nebo božstva nebo něco podobného," řekla. "Musím říci, že osobně mi není nepříjemná myšlenka multivesmíru."
Natarajan nabídl další alternativu, proč by vakuová energie mohla být nevyčíslitelná.
"Další možností je také trochu pokornější přístup, což je, proč bychom vlastně měli mít kognitivní aparát, abychom všemu porozuměli?" ona řekla. "To je další způsob uvažování."
"Ale jde o to, že jsme nepřestali pracovat na temné hmotě nebo temné energii nebo zjišťovat kosmologickou konstantu kvůli tomuto potenciálnímu multivesmírnému vysvětlení," pokračoval Natarajan. "Takže nás to nezastaví."
Frieman souhlasil a poukázal na to, že „o problému 120 řádů se ví opravdu od úsvitu kvantové mechaniky. Předchází objev temné hmoty a temné energie“a vědci stále hledají řešení.
Natarajan zakončil diskuzi poznámkou, že v současné době jsou vědci studující vesmír „ve velmi nepříjemné situaci“, kdy se dokázali naučit hodně o temné hmotě a temné energii, a přesto jim chybí některé velmi zásadní kousky skládačky. například vědět, z jakého druhu částic se skládá temná hmota.
"Takže si myslím, že musíme být otevření všem spekulacím, vzhledem k druhu nepříjemné situace, ve které se nacházíme."
