جهانهای موازی و نظریه چندجهانی از سطحهای فیزیکی تا ساختارهای ریاضیاتی, مفهوم جهانهای موازی اگرچه به نظر ایدهای از جنس داستانهای علمی-تخیلی میرسد، اما مشاهدات نجومی و نظریههای فیزیک مدرن، حداقل به صورت غیرمستقیم، امکان وجود آنها را تقویت میکنند. در این مقاله به بررسی نظریه چندجهانی و دلایل علمی پذیرش آن توسط دانشمندان میپردازیم.
جهانهای موازی در سادهترین مدل اخترشناسی آیا کپی دقیقی از شما در سیارهای مشابه زمین، در منظومه خورشیدی دیگری وجود دارد که در حال خواندن این مطلب است؟ میکند.
این محاسبه بر اساس احتمالات است؛ در ابعادی اینچنین وسیع، حتی کوچکترین حالتهای ممکن میتواند محقق شود. البته مشاهده مستقیم این کپی غیرممکن است، زیرا ما محدود به حجم هابل یا کیهان قابلمشاهده هستیم که شعاع آن حدود ۴ در ۱۰ به توان ۲۶ متر است. نور از فاصلههای بیشتر هنوز فرصت نرسیده به ما برسد.
فضا فراتر از دید ما ادامه دارد. اما آیا فضا بینهایت است؟
نظریه نسبیت اینشتین امکان انحناء فضا را پیشبینی میکند، اما دادههای تابش پسزمینه کیهانی تا کنون هیچ انحناء محدب یا مرزی را نشان ندادهاند و با مدل کیهان بینهایت همخوانی دارند. همچنین توزیع ماده در مقیاسهای بزرگ (بیش از ۱۰ به توان ۲۴ متر) یکنواخت است و مدرکی برای مدل کیهان جزیرهای وجود ندارد. در این سطح، قوانین فیزیک یکسان هستند و تنها شرایط اولیه متفاوت است.
فرآیندهای تصادفی در بیگبنگ باعث شده تمام حالتهای کوانتومی ممکن محقق گردند. محاسبه فاصله کپیهای دقیق با فرض توزیع یکسان ماده، نزدیکترین کپی دقیق شما در فاصله ۱۰ به توان ۱۰ به توان ۲۸ متر قرار دارد. این عدد از محاسبه حجمی حاصل میشود که برای جای دادن تمام حالتهای کوانتومی اتمهای بدن شما لازم است. برای تکرار یک کره با قطر ۱۰۰ سال نوری (مشابه حجم هابل ما) نیاز به فاصله ۱۰ به توان ۱۰ به توان ۱۱۸ متری داریم.
این اعداد برآوردهای محافظهکارانه هستند و احتمال وجود کپیهای نزدیکتر را انکار نمیکنند. سطح ۲ حبابهای تورم ابدی آشوبناک اگر مجموعهای از بیشمار چندجهان سطح ۱ را تصور کنیم که هر کدام ابعاد فضا-زمان و ثابتهای فیزیکی منحصر به فرد خود را دارند، به چندجهان سطح ۲ میرسیم. نظریه تورم ابدی آشوبناک پیشبینی میکند که فضا به طور مداوم و با سرعت بیشتر از نور بسط مییابد و حبابهای جداگانة (مشابه حبابهای در خمیر نان) را متولد میکند.
هر حباب یک چندجهان سطح ۱ است. سفر بین این حبابها حتی برای نور هم غیرممکن است، زیرا فضای میانشان سریعتر از نور بسط مییابد. در این سطح، نه تنها شرایط اولیه، بلکه خود قوانین طبیعی (ناشی از ناکامی تقارن) نیز متفاوت است. مثلاً تعداد ابعاد مکانی، کیفیت ذرات بنیادی و ثابتهای کیهانی در هر حباب میتواند دیگر باشد.
ناکامی تقارن و تنوع قوانین فیزیک نظریهها نشان میدهند کیهان اولیه ابعاد بیشتری داشته (مثلاً نه بعد) که در اثر ناکامی تقارن، سه بعد بسط یافته و ابعاد باقیمانده در مقیاسهای بسیار کوچک محصور شدهاند. نوسانات کوانتومی در حبابهای مختلف میتواند الگوهای متفاوتی از ناکامی تقارن ایجاد کند که منجر به ثابتهای فیزیکی و ابعاد متفاوت میشود.
شواهد غیرمستقیم برای سطح ۲ اگرچه ارتباط مستقیم با این حبابها ممکن نیست، اما میتوانند تنظیم دقیق ثابتهای فیزیک در جهان ما را توضیح دهند. جرم خورشید، قدرت نیروهای أساسي و ثابت کیهانشناسی در بازههای بسیار باریک قرار دارند که زندگی را ممکن میسازند. اگر این مقادیر کمی متفاوت بودند، اتمها، ستارهها یا خود جهان وجود نداشتند.
وجود تعداد بسیار زیاد حبابها با ثابتهای متفاوت، احتمال حبابی مانند حباب ما را بالا میبرد (استدلال آنتروپیک). سطح ۳ جهانهای کوانتومی (تفسیر چندجهانی) این سطح ناشی از تفسیر چندجهانی مکانیک کوانتومی است. برخلاف تفسیر کپنهاگ که در آن تابع موج فروپاشی میکند، در این دیدگاه تابع موج همیشه به صورت یکپارچه در فضای هیلبرت تکامل مییابد.
هر اندازهگیری کوانتومی جهان را به شاخههای موازی تقسیم میکند که در هر کدام یکی از نتایج محقق میشود. دیدگاه پرنده در برابر قورباغه از دید پرنده (فیزیکدان بررسی معادلات)، تنها یک تابع موج جهانی وجود دارد که به آرامی تکامل مییابد. اما از دید قورباغه (ناظر درون جهان)، به دلیل پدیده انسجامزدایی، تنها یک شاخه قابل مشاهده است و دیگر شاخهها حس نمیشوند.
برای مثال، تصمیم شما برای ادامه خواندن یا ترک مطلب، شما را به دو نسخه واقعیت متمایز میرساند که هر کدام تنها شاخه خود را تجربه میکنند. ارتباط با سطوح ۱ و ۲ چندجهان سطح ۳ واقعاً جهانهای جدیدی اضافه نمیکند، بلکه مکان قرارگیری آنها را تغییر میدهد. در سطح ۱ کپیها در فضا دور هستند، در سطح ۲ در حبابهای جدا، و در سطح ۳ در شاخههای مختلف فضای هیلبرت.
تمام ثابتهای فیزیکی ممکن در سطح ۲، در سطح ۳ به عنوان شاخههای تابع موج جهانی محقق شدهاند. تعداد جهانهای کوانتومی تعداد جهانهای موازی با زمان به صورت نمایی افزایش نمییابد. از دید پرنده تنها یک جهان کوانتومی وجود دارد. از دید قورباغه، تعداد جهانهای قابل تمایز در یک لحظه برابر با تعداد حالتهای کوانتومی ممکن در یک حجم هابل است ۲ به توان ۱۰ به توان ۱۱۸. گذر زمان فقط انتقال ناظر از یک حالت به حالت دیگر است.
سطح ۴ چندجهان ریاضیاتی نهایی در سطوح قبلی قوانین فیزیک ثابت بودند. اما چرا خود این قوانین هم ثابت بمانند؟ ماکس تاگمارک پیشنهاد میدهد که هر ساختاری که در ریاضیات وجود دارد، در واقعیت فیزیکی نیز محقق است. این دیدگاه ریشه در فلسفه افلاطون دارد که ساختارهای ریاضی حقیقت بنیادیناند، نه زبان توصیفکننده (دیدگاه ارسطو).
اگر این دیدگاه صحیح باشد، جهانهایی با قوانین کاملاً متفاوت (مثلاً کلاسیک، گسسته، یا با توپولوژیهای عجیب) باید وجود داشته باشند. اثبات این سطح به حل اختلاف فلسفه ریاضی بستگی دارد. جمعبندی نظریه چندجهانی را میتوان در چهار سطح طبقهبندی کرد ۱) مناطق دور فضا با شرایط اولیه متفاوت، ۲) حبابهای تورم با قوانین فیزیکی متفاوت، ۳) شاخههای تابع موج کوانتومی، ۴) تمام ساختارها ریاضیاتی ممکن.
اگرچه مشاهده مستقیم این جهانها ممکن نیست، اما این نظریهها بر پایه فیزیک آزمودهشده (نسبیت، مکانیک کوانتومی، تورم) بنا شدهاند و معیارهای علمی پیشبینیپذیری و انکارپذیری را برآورده میکنند. منتقدان نظریه جهانهای موازی چه میگویند؟ مهمترین نقد بر پایه تیغ اوکام است این نظریه برای حل مسائل فیزیک، موجودات و جهانهای بیشمار و غیرضروری را پیشفرض میکند که اقتصاد نظریه را نقض میکند. پاسخ طرفداران به نقد تیغ اوکام چیست؟
آنها استدلال میکنند که اگرچه تعداد جهانها بسیار زیاد است، اما قوانین حاکم بر آنها بسیار ساده و مختصر هستند. مشابه اعداد طبیعی بینهایت که با یک قانون بازگشتی ساده (n+1) تولید میشوند، چندجهان نیز از قوانین ساده فیزیک برمیخیزد. چند جهان موازی وجود دارد؟ با احتساب تمام حالتهای کوانتومی در حجم هابل ما، تعداد جهانهای سطح ۱ و ۳ به ۲ به توان ۱۰ به توان ۱۱۸ میرسد. این عدد محدود است.
اما در سطوح ۲ و ۴ تعداد جهانها بسیار بیشتر (و احتمالاً بینهایت) است. چرا جهانهای موازی بینهایت نیستند (در سطح ۱ و ۳)? چون تعداد حالتهای کوانتومی ممکن در یک حجم محدود، محدود است. اگر جهانها بینهایت بودند، احتمال هر حالت خاص صفر میشد که با مکانیک کوانتومی تناقض دارد.