Σε ορισμένες ερμηνείες της κβαντικής μηχανικής -όπως η ερμηνεία των πολλών κόσμων ή η θεωρία των πιλοτικών κυμάτων- κάθε φορά που ένα υποατομικό σωματίδιο συμμετέχει σε οποιαδήποτε αλληλεπίδραση, σχηματίζονται παράλληλα σύμπαντα.
Το παρόν αποτελεί μετάφραση ενός άρθρου του Paul Sutter.
Ο Paul M. Sutter είναι ερευνητής καθηγητής αστροφυσικής στο SUNY Stony Brook University και στο Flatiron Institute στη Νέα Υόρκη. Εμφανίζεται τακτικά στην τηλεόραση και σε podcast, συμπεριλαμβανομένου του “Ask a Spaceman”. Είναι συγγραφέας δύο βιβλίων: “Your Place in the Universe” και “How to Die in Space”.
Υλικό κατάλληλο για επιστημονική φαντασία· παράλληλοι κόσμοι που αναδύονται στο χρόνο και στο χώρο.
Υπάρχουν όμως τέτοιοι παράλληλοι κόσμοι;
Απ ό,τι φαίνεται κάποιες θεωρίες επιτρέπουν την ύπαρξη παράλληλων συμπάντων – σε κβαντικό επίπεδο, τουλάχιστον.
Σε πολλές ερμηνείες της κβαντικής μηχανικής, όπως η ερμηνεία των πολλών κόσμων και η θεωρία των πιλοτικών κυμάτων, το σύμπαν μπορεί να περιγραφεί από μια μοναδική γιγάντια εξίσωση, γνωστή ως κβαντική κυματοσυνάρτηση. Κάθε φορά που συμβαίνει μια κβαντική (ή υποατομική) διαδικασία οπουδήποτε στο σύμπαν, αυτή η κυματοσυνάρτηση χωρίζεται στα δύο, κάτι που σημαίνει ότι δημιουργούνται συνεχώς παράλληλα σύμπαντα.
Όμως αυτές οι ερμηνείες εμφανίζουν ορισμένες σημαντικές αδυναμίες, οι οποίες τις εμποδίζουν να γίνουν ευρέως αποδεκτές.
Το πρόβλημα της μέτρησης
Η κβαντομηχανική αποτελεί το πλαίσιο της φυσικής που περιγράφει τη συμπεριφορά των μικροσκοπικών σωματιδίων. Μια ιδιορρυθμία αυτής της θεωρίας είναι ότι κανείς δεν μπορεί να είναι σίγουρος για τα αποτελέσματα που θα έχει, μέχρι να κοιτάξει. Για παράδειγμα, βάσει της επικρατούσας ερμηνείας, τα ηλεκτρόνια βρίσκονται σε πολλαπλές καταστάσεις ταυτόχρονα. Όταν εκτελέσει κάποιος μια μέτρηση, τότε το ηλεκτρόνιο “επιλέγει” μία από αυτές τις καταστάσεις.
Αυτό είναι ιδιαίτερα απογοητευτικό, καθώς σκοπός της φυσικής είναι να μπορεί να προβλέψει το πώς θα συμπεριφέρονται τα αντικείμενα στο σύμπαν μας. Εάν σας πετάξουν μια μπάλα, τότε εσείς μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τις γνώσεις σας από την φυσική (για παράδειγμα, τους νόμους του Νεύτωνα ) για να προβλέψετε το πού θα πάει η μπάλα. Εάν, όμως, σας ρίξουν ένα ηλεκτρόνιο, τότε δεν μπορείτε με κανέναν τρόπο να γνωρίζετε το πού ακριβώς θα καταλήξει.
Ωστόσο, υπάρχει ένα εργαλείο της κβαντομηχανικής για να κάνουμε προβλέψεις: η εξίσωση του Schrödinger. Η εξίσωση αυτή εκχωρεί σε κάθε σωματίδιο μία κυματοσυνάρτηση, και περιγράφει το πώς εξελίσσεται η κυματοσυνάρτηση αυτή, με το χρόνο. Στην τυπική εικόνα της κβαντικής μηχανικής, η κυματοσυνάρτηση είναι ένα σύννεφο πιθανοτήτων που περιγράφει το πόσο πιθανό είναι να δούμε κάπου το σωματίδιο, όταν ψάξουμε γι αυτό. Εκεί όπου η κυματοσυνάρτηση εμφανίζει υψηλές τιμές, υπάρχει μεγάλη πιθανότητα, ενώ όπου όπου έχει χαμηλές, η πιθανότητα είναι μικρή.
Ωστόσο, όταν εκτελεστεί τελικά μία μέτρηση, παρουσιάζεται πρόβλημα σε αυτήν την τυπική εικόνα. Για όσο δεν κοιτάζουμε, η κυματοσυνάρτηση συνεχίζει να εξελίσσεται -από μόνη της- σύμφωνα με την εξίσωση του Schrödinger. Τίποτα το ιδιαίτερο! Όταν όμως εκτελέσουμε μια μέτρηση, η κυματοσυνάρτηση “καταρρέει” (ουσιαστικά εξαφανίζεται) με το σωματίδιο να κάνει την εμφάνισή του, σε μια από τις πιθανές θέσεις.
Εισάγοντας πολλούς κόσμους
Πώς γίνεται, ο κβαντικός κόσμος, να έχει δύο εντελώς διαφορετικά σύνολα κανόνων για το πώς συμπεριφέρεται η κυματοσυνάρτηση; Στην τυπική εικόνα, για όσο δεν κοιτάζουμε, η κυματοσυνάρτηση υπακούει στην εξίσωση του Schrödinger, μόλις κοιτάξουμε όμως, αυτή καταρρέει αμέσως. Ακούγεται… παράξενο.
Απαντώντας σε αυτό, κάποιες άλλες ερμηνείες της κβαντικής μηχανικής -κυρίως η ερμηνεία πολλαπλών κόσμων και η θεωρία των πιλοτικών κυμάτων- έχουν “αναβαθμίσει” την κυματοσυνάρτηση από ένα απλό μαθηματικό εργαλείο σε ένα πραγματικό, ένα υπαρκτό αντικείμενο. Σε αυτές τις ερμηνείες, δεν υφίσταται αυτό που αποκαλούμε μέτρηση. Δεν υπάρχει κάποια ειδική διαδικασία ή κάποιο μαγικό κόλπο, τα οποία να εξαφανίζουν την κυματοσυνάρτηση. Αντίθετα, κάθε σωματίδιο στο σύμπαν έχει την δική του κυματοσυνάρτηση, η οποία εξελίσσεται διαρκώς, σύμφωνα με την εξίσωση Schrödinger, χωρίς ποτέ να σταματά.
Όταν αλληλεπιδρούν δύο σωματίδια, οι κυματοσυναρτήσεις τους επικαλύπτονται για λίγο. Στην κβαντομηχανική, άπαξ και συμβεί αυτό, τα σωματίδια αυτά μένουν συνδεδεμένα για πάντα: υπάρχει πλέον μία και μόνη κυματοσυνάρτηση, η οποία περιγράφει και τα δύο σωματίδια ταυτόχρονα· μια διαδικασία γνωστή ως “κβαντική διεμπλοκή” (ή “κβαντικός εναγκαλισμός”). Εκτελώντας μια μέτρηση, οι επιστήμονες απλώς πυροδοτούν μια σειρά από εναγκαλισμούς, που ξεκινούν με το σωματίδιο που χτυπά έναν ανιχνευτή, και τελειώνουν με τα μόρια που κινούνται στον εγκέφαλό τους ώστε αυτοί να αποκτήσουν επίγνωση του τι συνέβη με την μέτρηση.
Οι εναγκαλισμοί, όμως, δεν σταματούν εκεί: κάθε σωματίδιο στο σύμπαν διεμπλέκεται με όλα τα υπόλοιπα, οδηγώντας σε μία και μόνη, καθολική κυματοσυνάρτηση η οποία περιγράφει το σύνολο του σύμπαντος.
Διχασμένες προσωπικότητες
Όμως, ακόμη και με μια καθολική κυματοσυνάρτηση, η τυχαιότητα εξακολουθεί να αποτελεί γεγονός της κβαντικής μηχανικής. Για να συμβαδίσουν με αυτό, αυτές οι ερμηνείες υποστηρίζουν ότι κάθε φορά που λαμβάνει χώρα μια κβαντική αλληλεπίδραση, η κυματοσυνάρτηση χωρίζεται· με κάθε σύμπαν -που έχει αντιγραφεί- να περιέχει ένα από τα πιθανά αποτελέσματα. Έτσι, εάν -για παράδειγμα- στείλουμε ένα ηλεκτρόνιο μέσα από ένα πέτασμα, όπου έχει 50/50 πιθανότητα να κινηθεί προς τα πάνω ή προς τα κάτω, τότε υπάρχει ένα σύμπαν στο οποίο το ηλεκτρόνιο ανεβαίνει και ένα στο οποίο κατεβαίνει.
Η διαδικασία αυτή δημιουργεί ένα κβαντικό πολυσύμπαν. Επειδή ουσιαστικά κάθε αλληλεπίδραση αποτελεί -σε κάποιο επίπεδο- μια κβαντική αλληλεπίδραση, υπάρχουν σύμπαντα που περιέχουν την κάθε πιθανή εναλλακτική επιλογή που θα μπορούσατε να έχετε κάνει σε ολόκληρη τη ζωή σας. Στην πραγματικότητα, χωρίζεστε συνεχώς αυτή τη στιγμή· κατακερματίζεστε και χωρίζεστε σε πολλαπλά αντίγραφά σας με κάθε σας επιλογή, κάθε σας κίνηση και ενέργεια.
Και εδώ είναι που το πολυσύμπαν αρχίζει να γίνεται λίγο… “βαρύ”, καθώς δεν είναι μόνο οι συνειδητές αποφάσεις αυτές που οδηγούν σε διασπάσεις, αλλά αυτό συμβαίνει με κάθε κβαντική αλληλεπίδραση. Το ότι διαβάζετε τώρα αυτό το άρθρο σε μια συσκευή, σημαίνει πως ενεργοποιείτε τον διαχωρισμό αμέτρητων συμπάντων, τα οποία είναι πανομοιότυπα εκτός από κάποιες μικροσκοπικές, ασήμαντες κβαντικές λεπτομέρειες· αυτές που συμβαίνουν μέσα στα ηλεκτρονικά.
Ακούγεται, όντως, “βαρύ”. Υπάρχει, όμως, ένα ακόμη μεγαλύτερο ζήτημα. Οι άνθρωποι βιώνουν τη συνείδηση ως απρόσκοπτη, και ο εγκέφαλος χρειάζεται κάποιο χρόνο για να ενοποιήσει το σύνολο των αισθητηριακών εισροών σε μια συνειδητή εμπειρία του κόσμου. Όμως, αν υφιστάμεθα διάσπαση και κατακερματισμό διαρκώς, πώς μπορούμε να διατηρήσουμε μια συνεπή ιστορία της ίδιας της ταυτότητάς μας;
Πέρα από αυτό, καμία από αυτές τις θεωρίες δεν εξηγεί το πώς λαμβάνει χώρα στην πραγματικότητα αυτή η διάσπαση των συμπάντων. Πόσο γρήγορα συμβαίνει και γιατί δεν μπορούμε να το ανιχνεύσουμε; Πώς ανακτούμε τις πιθανότητες της κβαντικής μηχανικής με όλα αυτά τα σύμπαντα που διασπώνται· με άλλα λόγια, πώς “γνωρίζουν” τα σύμπαντα, πόση διάσπαση πρέπει να παράξουν με κάθε κβαντική αλληλεπίδραση;
Αυτά τα ερωτήματα αποτελούν τομείς ενεργής έρευνας, οπότε δεν είναι ξεκάθαρο αν υπάρχει πραγματικά κβαντικό πολυσύμπαν ή όχι.
Πηγή: https://www.livescience.com/
