چرا جهانهای موازی باید وجود داشته باشند؟ (بخش دوم)

در بخش قبلی مقاله با دو نظریه پیرامون وجود جهانهای موازی آشنا شدیم: یکی نظریهی چندجهانی وصلهدوزی و دیگری نظریهی چندجهانی انبساطی. در ادامهی این بحث میتوانید سه نظریهی مهم دیگر را در این باب مطالعه کنید.

انتخاب طبیعی کیهانی (cosmic natural selection)

نوع دیگری از نظریهی چندجهانی پاسخی برای مسئلهی «شرایط مساعد برای پیدایش حیات» ارایه میدهد؛ و در استدلال آن به اصل انساننگر استناد نمیشود.

یک فیزیکدان نظری به نام «لی اسمولین» در سال 1992 این ایده را مطرح کرد که جهان هم مثل موجودات زنده تولید مثل میکند و دستخوش تکامل میشود.

روی زمین ما، انتخاب طبیعی به اشاعه و دوام ویژگیهای مفید مثل سریع دویدن یا این قابلیت که بتوانیم انگشت شستمان را به دیگر انگشتانمان برسانیم کمک میکند. اسمولین میگوید احتمالا در عالم هم نیرویی وجود دارد که به پیدایش سیارههایی مثل سیارهی ما کمک میکند. او این پدیده را انتخاب طبیعی کیهانی مینامد.

ایدهی اسمولین این است که یک جهان مادر میتواند درون خودش جهانهای نوزادی را تولید کند. البته اگر جهان مادر سیاهچاله داشته باشد، میتواند این کار را انجام دهد.

سیاهچاله وقتی تشکیل میشود که یک ستارهی بسیار بزرگ تحت فشار جاذبهی خودش از هم میپاشد. در نتیجهی این فروپاشی همهی ذرات اتم آنقدر فشرده میشوند که تراکم آنها به بی نهایت میرسد.

در دههی 60 میلادی استیون هاوکینگ و «راجر پنروز» عنوان کردند که این انفجار در واقع نوعی مهبانگ کوچک است که به طور وارونه اتفاق افتاده. بنابراین این فکر به ذهن اسمولین رسید که سیاهچالهها میتوانند به یک مهبانگ تبدیل شوند و یک جهان کاملا جدید به وجود بیاورند.

اگر این طور باشد، ویژگیهای جهان جدید کمی با جهان قبلی متفاوت خواهد بود (یعنی جهانی که در آن سیاهچاله به وجود آمده بود). این روند مثل جهش ژنتیکی تصادفی است که در نتیجهی آن فرزندان با والدینشان در عین اینکه شباهتهایی دارند، تفاوتهایی هم دارند.

اگر جهان متولد شده قوانینی فیزیکی داشته باشد که بر پایهی آنها اتمها، ستارهها و حیات شکل میگیرند، پس قطعا سیاهچالههایی هم باید در آن وجود داشته باشد. این بدین معنی است این جهان جدید هم به نوبهی خود میتواند فرزندانی از خودش داشته باشد. با گذر زمان، تعداد جهانهایی به این شکل از تعداد جهانهایی که سیاهچاله ندارند، بیشتر خواهد بود. چرا که جهانهای بدون سیاهچاله نمیتوانند بازتولید کنند.

این ایده، ایدهی جالبی است. چون نشان میدهد که عالم ما به طور کاملا تصادفی به وجود نیامده. فرض کنید جهانی با قوانین فیزیکی مناسب برای پیدایش حیات به طور تصادفی به وجود آمده است. بعلاوه این جهان با جهانهای دیگری که برای پیدایش ستارهها و حیات مناسب نیستند، احاطه شده است. در این صورت انتخاب طبیعی در مقیاس کیهانی حکم میکند که تعداد جهانهای دارای حیات بیشتر باشد.

البته جزییات این ایده چندان دقیق و مفهوم نیست، اما اسمولین معتقد است که یک مزیت بزرگ دارد و آن اینکه میتوانیم آن را آزمایش کنیم. به عنوان مثال، اگر اسمولین درست گفته باشد، ما میتوانیم انتظار داشته باشیم که عالم ما طوری طراحی شده که برای تشکیل سیاهچالهها مناسب باشد.

اما تاکنون هیچ مدرکی وجود نداشته که نشان بدهد این ایده درست است. چه برسد به اینکه ثابت شود سیاهچالهها میتوانند یک جهان جدید تشکیل دهند.

نظریهی چندجهانی غشایی (The brane multiverse)

وقتی نظریهی نسبیت عام آلبرت اینشتین در دههی 20 میلادی در مرکز توجه عموم قرار گرفت، بسیاری از افراد دربارهی بعد چهارمی که اینشتین مطرح کرده بود ، فرضیههای مختلفی داشتند. چه چیزی ممکن است در آنجا باشد؟ آیا ممکن است در بعد چهارم یک جهان پنهان وجود داشته باشد؟

این افکار مهمل بودند. اینشتین ایدهی یک بعد جدید را مطرح نکرده بود. بلکه او صرفا میگفت مثل سه بعد فضایی، زمان هم یک بعد است. همهی این چهار بعد در یک ساختار یگانه به نام فضا-زمان با هم ترکیب شدهاند.

با این حال، دیگر فیزیکدانان شروع به گمانهزنی دربارهی ابعاد جدید در فضا کردند.

اولین بار در مقالهی یک فیزیکدان نظری به نام «تئودور کالوزا» به ابعاد پنهان اشاره شد. کالوزا در مقالهای که سال 1921 منتشر شده بود نشان داد که او با افزودن یک بعد دیگر به معادلات نظریهی نسبیت عام اینشتین میتواند به معادلهی دیگری برسد که وجود نور را پیشبینی میکند.

این ایده امیدوارکننده به نظر میرسید. اما این بعد اضافه کجا بود؟

«اسکار کلاین»، فیزیکدان سوئدی در سال 1926 پاسخی را برای این سوال پیشنهاد داد. او گفت که شاید بعد پنجم در فاصلهای بسیار بسیار کم از ما چنبره زده باشد: چیزی حدود کسری از یک میلیارد تریلیون تریلیون یک سانتیمتر.

این مفهوم که یک بعد چنبره بزند عجیب به نظر میرسد، اما در واقع یک پدیدهی آشنا است. مثلا شیلنگ باغبانی یک شی سه بعدی است، اما اگر به اندازهی کافی از آن فاصله بگیریم، مثل یک خط یک بعدی به نظر میرسد. چون در این صورت، دو بعد دیگر بسیار کوچک به نظر میرسند. عبور از کنار بعد دیگری که کلاین معرفی کرده، آنقدر سریع اتفاق میافتد که ما متوجه آن نمیشویم.

از آن زمان، فیزیکدانان ایدههای کالوزا و کلاین را در نظریهی ریسمان به کار بستند. براساس نظریهی ریسمان، ذرات بنیادی در واقع لرزشها و نوسانات هستیهای کوچکتری هستند که ریسمان نام دارند.

وقتی نظریهی ریسمان در دههی 80 میلادی مطرح شده بود، به نظر میرسید که فقط در صورت وجود یک بعد دیگر جواب میدهد. در نسخهی مدرن نظریهی ریسمان که نظریهی M نام دارد، هفت بعد مخفی وجود دارد.

علاوه بر این، لزومی ندارد که این ابعاد فشرده باشند. بلکه میتوانند بر سطح مناطق وسیعی گسترده شده باشند که فیزیکدانان به آن «غشاء» (brane) میگویند؛ و ممکن هم هست که این غشاها چند بعدی باشند.

یک غشا بهتنهایی میتواند مکانی برای پنهان شدن یک جهان کامل باشد. براساس نظریهی M، جهانهایچندگانه متشکل از غشاهایی با ابعاد مختلف است که مثل انباشتهای از کاغذ با هم همزیستی میکنند.

اگر این فرضیه درست باشد، باید دستهی جدیدی از ذرات به نام ذرات کالوزا-کلاین وجود داشته باشد. به صورت نظری، ما میتوانیم آن ذرات را در یک دستگاه شتابدهندهی ذرات مثل «برخورددهندهی هادرونی بزرگ» (Large Hadron Collider) بسازیم. این ذرات ویژگیهای متمایزی خواهند داشت، چون بعضی از گشتاورهای آنها در ابعاد پنهان انجام میشود.

این جهانهای غشایی باید کاملا متمایز و جدا از هم باشند چون نیرویهایی مثل گرانش از میان آنها عبور نمیکند. اما اگر غشاها با هم برخورد کنند، پیامد آن بسیار عظیم و سرنوشتساز خواهد بود. همین مهبانگ خودمان میتواند نتیجهی این برخورد باشد.

علاوه بر این، یک فرضیهی دیگر هم که مطرح شده این است که نیروی گرانش میتواند بین غشاها نشت کند. این نشتی میتواند توضیح دهد که چرا نیروی گرانش، به عنوان یک از نیروهای بنیادی در مقایسه با دیگر نیروهای بنیادی تا این حد ضعیف است.

همانطور که «لیسا رندال» از دانشگاه هاروارد میگوید: «اگر گرانش در پهنای ابعاد بزرگتری به جز چهار بعدی که میشناسیم گسترده شده باشد، طبیعتا نیروی آن کمتر میشود.»

در سال 1999، رندال و همکارش عنوان کردند که غشاها صرفا دارای گرانش نیستند، بلکه آنها با خم کردن فضا آن را ایجاد میکنند. در واقع، این بدین معنی است که یک غشا گرانش را متمرکز میکند. به همین دلیل نیروی آن در یک غشای دیگر نزدیک به آن ضعیف به نظر میرسد.

این گفته همچنین توضیح میدهد که چرا ما میتوانیم روی غشایی با تعداد نامحدودی از ابعاد زندگی کنیم، بدون اینکه متوجه ابعاد دیگر بشویم. اگر ایدهی آنها درست باشد، برای جهانهای دیگر هم حجم بسیار زیادی از فضا وجود دارد.

نظریهی چندجهانی کوانتومی

نظریهی مکانیک کوانتومی یکی از موفقترین نظریهها در تمام حوزههای علمی است. این نظریه رفتار اجرام بسیار کوچک مثل اتم و ذرات بنیادی تشکیلدهندهی آنها را توضیح میدهد. مکانیک کوانتومی میتواند انواع پدیدههای مختلف را از شکل مولکولها گرفته تا نحوهی تعامل میان نور و ماده با دقت اعجابانگیزی پیشبینی کند.

مکانیک کوانتومی با ذرات مثل امواج رفتار میکند و آنها را با عبارت ریاضی به نام «تابع موج» (wave function) توصیف میکند.

شاید عجیبترین ویژگی تابع موج این باشد که به موجب آن یک ذرهی کوانتومی میتواند همزمان در چند وضعیت قرار داشته باشد. به این پدیده میگوییم «برهمنهی» (superposition).

اما اغلب اوقات همین که میخواهیم این اجرام را در هر حالتی مشاهده کنیم، این برهمنهی از بین میرود. در واقع، مشاهدهی ما آن جرم را مجبور میکند که یک وضعیت خاص را انتخاب کند و مطابق همان رفتار کند.

این گذار از برهمنهی به یک وضعیت واحد که در صورت مشاهده و اندازهگیری اتفاق میافتد، «فروریزش تابع موج» (collapse of wave function) نام دارد. مشکل اینجاست که نظریهی مکانیک کوانتومی روشی برای توضیح این پدیده ندارد، بنابراین هیچکس نمیداند که چرا و چگونه این اتفاق میافتد.

یک فیزیکدان آمریکایی به نام «هیو اورت» در تز دکترایش در سال 1957 گفت که شاید ما باید طبیعت عجیب فروریزش تابع موج را فراموش کنیم و آن را کنار بگذاریم.

اورت عنوان کرد که اجرام هنگام مشاهده و اندازهگیری از یک وضعیت چندگانه به یک وضعیت واحد تغییر حالت نمیدهند. بلکه تمام احتمالاتی که در تابع موج کدگذاری شدهاند به یک اندازه واقعی هستند. یعنی وقتی که ما اندازهگیری میکنیم، فقط یکی از آن واقعیتها را میبینیم، اما واقعیتهای دیگر هم وجود دارد که ما به آنها دسترسی نداریم.

این نظریه هم با عنوان «دنیاهای چندگانهی» (many worlds interpretation) مکانیک کوانتومی شناخته میشود. البته اورت به طور مشخص نگفت که این وضعیتهای دیگر دقیقا کجا وجود دارند. اما در دههی 70، فیزیکدانی به نام «برایس دیویت» گفت که احتمالا هر وضعیت دیگری باید در یک واقعیت موازی یعنی جهانی دیگر وجود داشته باشد.

فرض کنید که شما میخواهید در آزمایشی مسیر یک الکترون را پیشبینی کنید. این الکترون در این جهان به یک سمت و در جهان دیگر به سمت دیگری میرود. برای مشاهدهی مسیر این الکترون باید ابزاری موازی وجود داشته باشد تا الکترون از میان آن عبور کند. همچنین باید یک مشاهدهکنندهی موازی باشد تا آن را اندازهگیری کند. در واقع، شما باید جهانهایی موازی به دور آن یک الکترون بسازید که از هر نظر شبیه به هم هستند به غیر از مسیری که الکترون در آن حرکت می کند. به طور خلاصه، برای جلوگیری از فروریزش تابع موج باید جهان دیگری بسازیم.

براساس دیدگاه دیویت، هر گونه تعامل بین دو وجود کوانتومی، مثلا بیرون جهیدن یک فوتون از یک اتم، میتواند خروجیهای گوناگون و در نتیجه جهانهای موازی را تولید کند. طبق گفتهی دیویت: «هر گذار کوانتومی که در ستارهها، کهکشانها یا هر گوشهای از جهان شکل میگیرد، هزاران کپی از دنیای روی زمین ما میسازد.

البته همه دیدگاه اورت نسبت به دنیای چندگانه را قبول ندارند. عدهای معقتدند بانیان این نظریه صرفا با قواعد ریاضی کار خودشان را راحت میکنند. علاوه بر این، دربارهی محتویات آن جهانهای دیگر هم نمیتوانیم صحبت معناداری داشته باشیم.

اما گروهی دیگر به این ایده که تعداد بیشماری از «ما» وجود دارد، نگاهی جدی دارند. هر بار که یک اندازهگیری کوانتوم انجام میشود، یک نفر دقیقا شبیه به ما تولید میشود. نظریهی چندجهانی کوانتومی باید واقعیت داشته باشد، چون براساس نظریهی کوانتوم باید همینطور باشد و اینکه نظریهی کوانتوم همیشه جواب میدهد.

شما این استدلال را یا قبول دارید یا قبول ندارید. اما اگر آن را میپذیرید باید یک واقعیت نسبتا ناخوشایند را هم بپذیرید.

انواع دیگر جهانهای موازی، مثل آنهایی که در نتیجهی انبساط ابدی به وجود آمدهاند، به معنی واقعی کلمه جهانهای دیگری هستند. شاید جایی در فضا و زمان یا در بعد دیگری این جهانها وجود داشته باشند. شاید افرادی دقیقا شبیه به شما در آن جهانها زندگی کنند، اما آن کپیها جدا از شما هستند، مثل یک بدل که در قارهی دیگری زندگی میکند.

اما جهانهای دیگر دنیای چندگانه در ابعاد دیگری یا مناطق دیگری از فضا وجود ندارند. این جهانها همین جا هستند و بر عالم ما نهاده شدهاند، اما نامرئی و غیرقابل دسترس هستند. این افراد دیگری که در این جهانها زندگی میکنند، دقیقا خود “ما” هستند.

در واقع، اصلا هیچ «ما»ی هدفمندی وجود ندارد. در هر ثانیه با دفعات بسیار زیادی «ما» به موجودات متمایزی تبدیل میشویم. به تمام آن اتفاقات کوانتومی فکر کنید که در هر لحظه با عبور یک سیگنال الکتریکی در طول نورونهای مغز شما رخ میدهد. «ما» به عنوان یک فرد در انبوهی از «ما» گم شدهایم.

به عبارت دیگر، ایدهای که با یک سری معادلات ریاضی مطرح شد، در نهایت به این رسید که چیزی به نام فردیت وجود ندارد.

آزمایش جهانهای موازی

با توجه به این که دلالتها و پسایندهای نظریههای مختلف جهانهای موازی عجیب به نظر میرسند، بنابراین اگر بخواهید دربارهی وجود آنها شک کنید، حق دارید.

اما آیا واقعا ما در جایگاهی هستیم که دربارهی عجیب بودن یا نبودن پدیدهای قضاوت کنیم؟ ایدههای علمی یا رد میشوند یا ثابت. اما این احساس ما نسبت به آنها نیست که سرنوشت آنها را تعیین میکند، بلکه با انجام آزمایشهای مختلف اعتبار و ارزش یک نظریهی علمی مشخص میشود.

و البته مشکل هم همینجاست. یک جهان دیگر از جهان ما جداست و درنتیجه فراتر از دسترس و دیدرس ما قرار دارد. روی هم رفته نمیتوانیم نظریههای چندجهانی را با نگاه کردن به جهانهای دیگر آزمایش کنیم.

اما اگر هم نتوانیم این جهانهای دیگر را مستقیما تجربه کنیم، شاید بتوانیم شواهدی برای دفاع از دلایل وجود آنها پیدا کنیم.

به عنوان مثال، شاید بتوانیم شواهد مستند و استواری برای نظریهی انبساطی مهبانگ پیدا کنیم. البته چنین مدرکی به این نظریه قوت میدهد، اما آن را ثابت نمیکند.

بعضی از کیهانشناسان عنوان کردهاند که احتمال آزمایش مستقیم چندجهانی انبساطی بیشتر است. یک برخورد میان جهان حبابی ما و جهانی دیگر در تابش زمینهی کیهانی ردپایی قابل تشخیص برجای میگذارد که اگر ما به اندازهی کافی به آنها نزدیک باشیم میتوانیم آنها را ببینیم.

البته عدهای هم معتقد هستند که به اثبات نظریه از طریق آزمایش زیادی بها داده میشود. آنها میگویند که ما میتوانیم اعتبار یک ایدهی علمی را با روشهای دیگری هم بسنجیم مثلا میتوانیم ببینیم که آیا آن نظریه بنیان منطقی دارد یا خیر.

در هر صورت، به نظر عجیب میرسد که به هر سمتی که نگاه میکنیم، جهانهای موازی ظاهر میشوند. فیزیکدانی به نام «مکس تگمارک» میگوید: «نوشتن نظریهای که بتواند جهانی دقیقا شبیه به جهان ما را تولید کند، بسیار سخت است.»

با این حال، به نظر نمیرسد که به این زودیها کشف یک جهان جدید از سر تیتر روزنامهها سر در بیاورد. در حال حاضر، این ایدهها در محدودهی فیزیک و متافیزیک هستند.

بنابراین، در غیاب هرگونه مدرکی برای جهانهای موازی، حداقل کاری که میتوانیم بکنیم این است که نظریههای چندجهانی را براساس میزان محتمل بودنشان دستهبندی کنیم؛ به این صورت که اولین نظریه محتملترین آنهاست.

چندجهانی وصلهدوزی: اگر عالم ما نامحدود و همگن باشد، بنابراین این نظریه به واقعیت نزدیک میشود.

چندجهانی انبساطی: اگر نظریهی انبساطی درست باشد، احتمال وجود جهانهای موازی هم افزایش مییابد. در حال حاضر انبساط جهان بهترین استدلال ما برای مهبانگ است.

انتخاب طبیعی کیهانی ایدهی هوشمندانهای است اما به فیزیک نظری مربوط میشود و تعداد زیادی سوال بیپاسخ در این نظریه وجود دارد.

نظریهی جهانهای غشایی تا حد بسیاری بر پایهی فرضیات بنا شده چرا که فقط در صورت وجود ابعاد دیگر، جهانهای غشایی وجود خواهند داشت و در این مرحله هم هیچ مدرکی برای ابعاد دیگر وجود ندارد.

جهانهای موازی کوانتومی: میتوان گفت سادهترین برداشت از نظریهی کوانتوم است، اما مفاهیم آن بسیار گنگ هستند و علاوه بر این به دیدگاههای نامنسجمی از فردیت منجر میشود.