Jika konsep multiverse tampak aneh, itu karena kita perlu mengubah ide kita tentang waktu dan ruang
Nama gambar, Ukiran Flammarion, mungkin tidak diketahui oleh Anda, tetapi Anda mungkin telah melihatnya berkali-kali. Ini menggambarkan seorang peziarah di jubah dan dengan staf. Di belakangnya ada pemandangan kota dan pepohonan. Cangkang kristal bertitik bintang yang tak terhitung jumlahnya mengelilinginya. Dia mencapai ujung dunia, menembus ke sisi yang lain, dan menatap dengan takjub pada dunia baru cahaya, pelangi dan api.
Gambar ini pertama kali diterbitkan dalam buku 1888 oleh astronom Prancis abad ke-19 Camille Flammarion "Atmosphere: Popular Meteorology". Awalnya, itu hitam dan putih, meskipun sekarang Anda dapat menemukan versi yang dilukis. Dia mencatat bahwa surga memang terlihat seperti kubah tempat benda-benda langit terpancang, tetapi kesan itu menipu. “Nenek moyang kita,” tulis Flammarion, “membayangkan bahwa brankas biru ini adalah apa yang dilihat mata mereka. Tapi, seperti yang ditulis Voltaire, ini sama berartinya dengan ulat sutera yang memutar jaringnya sampai batas-batas alam semesta. ”
Ukiran dilihat sebagai simbol pencarian manusia untuk pengetahuan, tetapi saya lebih suka melihat di dalamnya makna yang lebih harfiah dijelaskan oleh Flammarion. Banyak kali dalam sejarah sains, kami telah menemukan celah dalam pengetahuan batas dan menembusnya. Semesta tidak berakhir di luar orbit Saturnus, atau melampaui bintang-bintang Bimasakti yang terjauh, atau melampaui galaksi terjauh yang terlihat oleh kita. Saat ini, para kosmolog percaya bahwa alam semesta yang sangat berbeda mungkin ada.
Tetapi dibandingkan dengan penemuan-penemuan fisika kuantum, ini hampir dangkal. Ini bukan hanya lubang baru di kubah, tetapi lubang jenis baru. Fisikawan dan filsuf telah lama berdebat tentang makna teori kuantum, tetapi dengan satu atau lain cara, mereka setuju bahwa itu membuka dunia yang luas di luar akal sehat kita. Mungkin hasil paling sederhana dari prinsip ini - pembacaan paling langsung dari persamaan teori kuantum - adalah interpretasi multivariat yang dibuat oleh Hugh Everett pada 1950-an. Dari sudut pandangnya, segala sesuatu yang dapat terjadi terjadi di suatu tempat dalam rangkaian alam semesta yang tidak terbatas, dan probabilitas teori kuantum mewakili jumlah relatif alam semesta di mana satu atau skenario lain berkembang. Seperti David Wallace, seorang filsuf fisika dari University of Southern California, menulis dalam bukunya 2012, The Emergent Multiverse, dengan persepsi literal mekanika kuantum, “dunia ternyata jauh lebih besar dari yang kita harapkan: pada kenyataannya, dunia„ klasik kita "Ternyata menjadi bagian kecil dari kenyataan yang jauh lebih besar."
Seperangkat alam semesta ini, pada pandangan pertama, tampak sangat berbeda dari yang diartikan oleh para kosmolog. Multiverse kosmologis telah tumbuh dari model yang mencoba menjelaskan homogenitas alam semesta pada skala yang melebihi galaksi. Dugaan paralel semesta adalah daerah terpisah yang terpisah dari ruang-waktu yang muncul sebagai akibat ledakan besar mereka sendiri, berkembang dari gelembung busa kuantum mereka (atau dari mana alam semesta masih tumbuh di sana). Mereka ada dalam banyak cara yang sama seperti galaksi - Anda dapat membayangkan bagaimana kita naik pesawat ruang angkasa dan pergi ke mereka.
Tetapi tidak seperti pendekatan ini, interpretasi multi-dunia Everett tidak membawa kita sejauh ini. Konsep tersebut muncul dengan mencoba memahami proses pengukuran laboratorium. Partikel meninggalkan jejak di ruang Wilson, atom dipantulkan oleh magnet, benda panas memancarkan cahaya: ini semua adalah percobaan praktis yang mengarah pada penciptaan teori kuantum dan untuk mencari interpretasi yang konsisten secara logis. Percabangan kuantum yang terjadi dalam proses pengukuran menciptakan dunia baru yang ditumpangkan pada ruang yang sama di mana kita ada.
Namun, kedua jenis multiverses ini memiliki banyak kesamaan. Transfer ke salah satu tipe yang hanya bisa kita lakukan secara mental. Ini tidak akan berhasil terbang ke alam semesta gelembung lain di pesawat ruang angkasa, karena ruang akan berkembang lebih cepat. Karenanya, gelembung-gelembung ini dipisahkan satu sama lain. Kita juga secara inheren terpisah dari alam semesta lain dalam multumultum kuantum. Dunia-dunia ini, meskipun nyata, akan selamanya tidak terlihat oleh kita.
Selain itu, meskipun multumultum kuantum tidak dirancang untuk kosmologi, secara mengejutkan sangat cocok. Dalam mekanika kuantum konvensional - dalam interpretasi Kopenhagen yang diadopsi oleh Niels Bohr dan kawan-kawannya - orang perlu membedakan antara pengamat dan apa yang dia amati. Untuk fisika biasa di laboratorium, semuanya teratur. Pengamat adalah Anda, dan Anda sedang mengamati eksperimen. Tetapi bagaimana jika objek pengamatan adalah seluruh alam semesta? Anda tidak bisa melampaui itu untuk mengukurnya. Interpretasi multi-dunia tidak membuat pembagian artifisial seperti itu. Dalam sebuah
karya baru, seorang fisikawan Caltech, Sean Carroll, bersama dengan mahasiswa pascasarjana Jason Pollack dan Kimberly Boddy, secara langsung menerapkan interpretasi multi-dunia untuk penciptaan alam semesta dalam multiverse kosmologis. "Segala sesuatu yang dalam mekanika kuantum konvensional bukanlah ikan atau daging, pada prinsipnya dapat dihitung dari sudut pandang Everett," kata Carroll.
Dan akhirnya, dua jenis multiverses memberikan perkiraan pengamatan yang sama. Perbedaannya adalah bahwa mereka meletakkan hasil yang mungkin di tempat yang berbeda. Carroll menganggap serupa "multiverse kosmologis di mana keadaan yang berbeda berada di wilayah waktu ruang yang terpisah, dan multiverse yang terlokalisasi di mana keadaan yang berbeda ada di sini, hanya di cabang berbeda dari fungsi gelombang."
Ahli kosmologi MIT, Max Tegmark, menguraikan gagasan ini selama sebuah makalah 2002 yang berevolusi menjadi bukunya 2014, Our Mathematical Universe. Dia menggambarkan beberapa level multiverse. Level I - daerah yang sangat terpencil di alam semesta kita sendiri. Level III - penunjukan seperangkat dunia kuantum (ia juga memenuhi level II dan IV, tapi sekarang ini bukan tentang mereka). Untuk melihat kesamaan antara level I dan III, Anda perlu memikirkan sifat probabilitas. Jika sesuatu dapat memiliki dua hasil, Anda melihat salah satunya, tetapi Anda dapat yakin bahwa yang lain juga terjadi - baik di bagian lain dari alam semesta raksasa, atau di sini di dunia paralel. Jika kosmos cukup besar dan penuh dengan materi, peristiwa yang terjadi di Bumi ini juga akan terjadi di tempat lain, seperti kemungkinan variasi dari peristiwa ini.
Misalnya, Anda sedang melakukan percobaan di mana Anda mengarahkan atom ke sepasang magnet. Anda akan melihat bagaimana ia mengalir ke magnet bawah atau atas, dengan probabilitas 50%. Dalam interpretasi seluruh dunia, ada dua dunia berpotongan di laboratorium Anda. Dalam satu, atom naik, yang lain, turun. Dalam multiverse kosmologis, ada alam semesta lain (atau bagian dari Semesta kita) dengan kembaran identik Bumi tempat humanoid melakukan eksperimen yang persis sama, tetapi dengan hasil yang berbeda. Secara matematis, situasi ini identik.
Tidak semua orang menyukai multiverse, terutama variasi multiverse yang serupa. Tetapi mengingat sifat awal dari hipotesis ini, mari kita lihat di mana mereka membawa kita. Mereka menawarkan ide radikal: bahwa dua multiverse tidak harus terpisah - bahwa interpretasi multi-dunia tidak berbeda dari konsep kosmologis multiverse. Jika mereka tampak berbeda, itu karena kita salah memahami kenyataan.
Seorang fisikawan Stanford, Leonard Saskind, menyarankan untuk memperlakukan mereka secara setara dalam buku 2005, The Cosmic Landscape. "Penafsiran multi-dunia Everett, pada pandangan pertama, tampaknya sangat berbeda dari megawers yang selalu membengkak," tulisnya (menggunakan istilahnya sendiri untuk multiverse). "Namun, saya pikir dua interpretasi mungkin berbicara tentang hal yang sama." Pada 2011, ia, bersama dengan Rafael Busso, seorang ahli fisika dari Berkeley, menulis bersama sebuah karya di mana mereka mengklaim bahwa kedua ide itu identik. Mereka mengatakan bahwa satu-satunya cara untuk memberi makna pada probabilitas yang terkait dengan mekanika kuantum dan fenomena dekoherensi - berkat kategori klasik posisi dan kecepatan kita - akan menerapkan interpretasi multi-dunia ke kosmologi. Akibatnya, multiverse kosmologis seharusnya dihasilkan secara alami. Pada tahun yang sama, Yasunori Nomura dari University of California di Berkeley memperkuat gagasan serupa dalam karyanya, di mana ia "memberikan penyatuan proses pengukuran kuantum dan multiverse." Tegmark menggunakan argumen yang hampir sama
dalam makalah 2012 yang ditulis bersama oleh Anthony Aguirre dari University of California, Santa Cruz.
Dari sudut pandang ini, banyak dunia kuantum tidak langsung di sebelah kita, tetapi jauh dari kita. Fungsi gelombang, seperti yang ditulis Tegmark, menjelaskan bukan "beberapa set imajiner kemungkinan tentang apa yang dapat dilakukan suatu objek, tetapi kumpulan spasial nyata dari salinan identik dari objek yang ada di ruang tak terbatas".
Intinya adalah bahwa Anda harus berpikir dengan hati-hati tentang sudut pandang Anda. Bayangkan Anda melihat orang banyak dari posisi Tuhan, dari mana semua kemungkinan yang disadari terlihat. Tidak ada probabilitas. Semuanya terjadi dengan pasti di salah satu tempat. Dari sudut pandang terbatas dunia kita, terkait dengan planet Bumi, berbagai peristiwa terjadi dengan probabilitas yang berbeda. “Kami mengubah gambaran global di mana segalanya benar-benar terjadi di suatu tempat, tetapi tidak ada yang dapat melihat semuanya sekaligus - pada gambar lokal, di mana Anda memiliki satu situs, yang pada dasarnya dapat diketahui,” kata Busso.
Banyak ahli kosmologi menemukan bukti ruang yang jauh lebih besar dalam gambar radiasi peninggalan daripada yang dapat kita amati secara langsungUntuk bergerak dari global ke lokal, kita perlu memotong alam semesta untuk memisahkan yang terukur dari yang tidak terukur. Yang diukur adalah "situs sebab akibat" kami, demikian Busso menyebutnya. Ini adalah jumlah dari semua yang dapat mempengaruhi kita - tidak hanya alam semesta yang dapat diamati, tetapi juga wilayah ruang yang akan tersedia bagi keturunan kita yang jauh. Memotong plot kita dari sisa ruang-waktu, kita bisa membayangkan pengamatan apa yang bisa kita buat, dan sebagai hasilnya kita mendapatkan mekanika kuantum dalam gaya lama.
Dari sudut pandang ini, alasan ketidakpastian peristiwa kuantum adalah bahwa kita tidak tahu di mana kita berada dalam multiverse. Di ruang tak terbatas ada sejumlah makhluk tak terbatas yang terlihat dan berperilaku persis seperti Anda dalam segala hal. Misteri utama menerangi karikatur klasik New Yorker. Di selembar es ada kerumunan penguin identik. Salah satu dari mereka bertanya, "Dan siapa di antara kita yang ini?"
Penguin yang malang masih memiliki kesempatan untuk mengetahui keberadaannya melalui triangulasi es terapung terdekat, tetapi di multiverse tidak ada titik referensi seperti itu, jadi kami tidak pernah dapat membagikan beberapa salinan kami. David Deutsch adalah seorang ahli fisika dari Oxford dan, seperti Carroll dan Tegmark, seorang pengikut setia multivariat, menulis dalam The Fabric of Reality: Maksud saya, untuk berasumsi bahwa ada beberapa sistem referensi di luar multiverse, yang mana seseorang dapat menjawab pertanyaan ini: "Saya ketiga di sebelah kiri". Tapi apa ini "kiri" dan apa ini "ketiga"? Tidak ada "sudut pandang di luar multiverse". "
Tegmark mengatakan bahwa, pada kenyataannya, konsep probabilitas dalam mekanika kuantum mencerminkan "ketidakmampuan Anda untuk menemukan diri Anda dalam multiverse tingkat pertama, yaitu, untuk mengetahui yang mana dari jumlah tak terbatas salinan di ruang angkasa yang memiliki sensasi subjektif Anda." Dengan kata lain, peristiwa terlihat probabilistik karena Anda tidak pernah tahu siapa di antara Anda adalah Anda. Alih-alih tidak yakin bagaimana eksperimen akan berjalan, itu berjalan sepanjang jalan; Anda sama sekali tidak yakin siapa di antara Anda yang mengamati hasilnya.
Bagi Busso, keberhasilan matematis dari pendekatan ini sudah cukup, dan ia tidak akan menderita insomnia karena bagaimana seseorang akan menentukan makna mendalam multiverse yang digabung. "Faktanya, yang penting adalah prediksi Anda, dan bagaimana prediksi itu terkait dengan pengamatan Anda," katanya. - Wilayah di luar cakrawala kosmologis kita tidak dapat diamati, serta percabangan fungsi gelombang, di mana kita tidak. Ini hanya alat yang kami gunakan untuk perhitungan. "
Tetapi pendekatan instrumental semacam itu terhadap teori fisik tidak memuaskan banyak orang. Kami ingin tahu apa artinya semua ini - bagaimana membaca meter dapat mengkhianati keberadaan gelembung tak terbatas dalam ruang-waktu. Massimo Pigliucci, seorang filsuf sains di City University of New York, mengatakan: "Jika Anda berbicara tentang pembagian nyata dari alam semesta, maka jelaskan kepada saya persis bagaimana ini terjadi dan di mana tepatnya dunia-dunia lain ini berada."
Mungkin untuk memahami makna koneksi antara opsi multiverse, kita perlu memperbarui pemahaman kita tentang ruang dan waktu. Jika multiverse pada saat yang sama berada di suatu tempat yang jauh dan di sini, mungkin ini adalah tanda bahwa kategori kita "di sana" dan "di sini" mengecewakan kita.
Hampir dua dekade lalu, Deutsch berpendapat dalam Fabric of Reality-nya bahwa multiverse menciptakan konsep waktu yang baru. Baik dalam kehidupan sehari-hari maupun dalam fisika, kami mengasumsikan keberadaan sesuatu seperti waktu abadi Newton saat ini. Multiverse biasanya digambarkan sebagai struktur yang terbuka dari waktu ke waktu. Faktanya, waktu tidak mengalir dan tidak berlalu, dan kita tidak bergerak secara misterius. Waktu adalah cara kita menentukan gerakan. Itu tidak bisa bergerak. Oleh karena itu, multiverse tidak berkembang. Dia hanya ada. Deutsch menulis: "Multiverse belum" muncul "dan tidak" menghilang "; istilah-istilah ini berarti berlalunya waktu. "
Alih-alih membayangkan bagaimana multiverse terbentang dalam waktu, Deutsch percaya bahwa kita harus membayangkan bagaimana waktu terbentang di multiverse. Kali lain hanyalah kasus khusus dari alam semesta lain. Terlepas dari dirinya, fisikawan Julian Barbour juga mengotak-atik ide ini dalam bukunya 1999, The End of Time. Beberapa dari alam semesta lain ini, tulis Deutsch, sangat mengingatkan kita pada kita - “kita sekarang” - sehingga kita menafsirkannya sebagai bagian dari sejarah alam semesta kita, dan bukan sebagai alam semesta yang terpisah. Bagi kami, mereka tidak berada di suatu tempat di luar angkasa, tetapi pada garis waktu kita. Sama seperti kita tidak dapat melihat seluruh alam semesta pada suatu waktu, kita tidak dapat melihat serangkaian momen yang tak terbatas pada suatu waktu. Alih-alih, persepsi kita mencerminkan perspektif kita tentang pengamat bawaan yang hidup di saat-saat terisolasi. Bergerak dari sudut pandang global ke lokal, kami mengembalikan tanda-tanda zaman yang sudah dikenal.
Multiverse juga dapat memperbaiki tampilan ruang kita. "Mengapa dunia terlihat klasik?" Carroll bertanya. "Mengapa ruang-waktu ada dalam empat dimensi?" Carroll, yang
menulis posting blog tentang penyatuan multiverses, mengakui bahwa Everett tidak menjawab pertanyaan-pertanyaan ini, "tetapi memberi Anda sebuah platform untuk bertanya kepada mereka."
Dia percaya bahwa ruang tidak fundamental, tetapi merupakan hasil dari suatu fenomena. Tapi dari mana asalnya? Apa yang benar-benar ada? Untuk Carroll, gambar Everett memberikan jawaban sederhana untuk pertanyaan ini. "Dunia adalah fungsi gelombang," kata Carroll. - Ini adalah elemen ruang Hilbert. Itu saja. ”
Ruang Hilbert adalah ruang matematika yang terkait dengan fungsi gelombang kuantum. Ini adalah representasi abstrak dari semua kemungkinan status sistem. Ini agak mirip Euclidean, tetapi jumlah pengukuran bervariasi, dan tergantung pada jumlah kondisi sistem yang dapat diterima. Untuk qubit - unit dasar data dalam komputer kuantum, yang mampu mengambil nilai 0, 1, atau berada di superposisi mereka, ruang Hilbert adalah dua dimensi. Kuantitas kontinu, seperti posisi atau kecepatan, berhubungan dengan ruang Hilbert dimensi tak terbatas.
Fisikawan biasanya memulai dengan sistem yang ada di ruang nyata dan mengambil ruang Hilbert darinya, tetapi Carrol percaya bahwa proses ini dapat dibalik. Bayangkan semua keadaan yang mungkin dari alam semesta dan datang ke tempat di mana ruang sistem harus ada - jika ada sama sekali di beberapa ruang. Suatu sistem bisa ada tidak dalam satu, tetapi di beberapa ruang pada saat yang bersamaan, dan kemudian kita akan menyebutnya multiverse. Pandangan itu “secara alami jatuh pada gagasan tentang munculnya ruang-waktu,” kata Carroll.
Beberapa orang - terutama filsuf - menolak pendekatan ini. Ruang Hilbert mungkin merupakan alat matematika yang dapat diterima, tetapi ini tidak berarti bahwa kita hidup di dalamnya. Wallace, yang mendukung interpretasi multi-dunia, mengatakan bahwa ruang Hilbert secara harfiah bukan struktur yang ada, tetapi cara menggambarkan hal-hal nyata - string, partikel, bidang, atau apa yang masih terdiri dari alam semesta.
"Dalam pengertian metaforis, kita hidup di ruang Hilbert, tetapi tidak dalam ruang literal," katanya.Hugh Everett tidak hidup untuk melihat kebangkitan minat dalam versinya tentang mekanika kuantum. Dia meninggal karena serangan jantung pada tahun 1982, pada usia 51 tahun. Dia adalah seorang ateis yang tak tergoyahkan dan yakin bahwa ini adalah akhirnya; istrinya, mengikuti instruksinya, membuang abu bersama dengan sampah. Tetapi pesannya mungkin mulai berakar. Dapat disimpulkan secara singkat: perhatikan mekanika kuantum dengan serius. Dalam hal ini, kami menemukan bahwa dunia adalah kejutan! - semakin kaya dan lebih dari yang kita bayangkan. Sama seperti ulat sutra Voltaire yang hanya melihat jaringannya, kita hanya melihat sepotong kecil multiverse, tetapi berkat Everett dan para pengikutnya, kita masih dapat menembus celah di cangkang kristal, "di mana bumi bertemu langit", dan melihat sekilas yang melampaui.