شاید همین حالا، جایی بیرون از دسترس ما، جهانی وجود داشته باشد که در آن شما این مطلب را هرگز باز نکردهاید یا جهانی که در آن نسخه دیگری از شما، با همان گذشته اما آیندهای کاملاً متفاوت، مشغول زندگیکردن است. این تصویر بیشتر شبیه داستانهای علمیتخیلی بهنظر میرسد: دنیاهایی موازی، تاریخهایی که مسیر دیگری رفتهاند و نسخههایی از ما که انتخابهای متفاوتی کردهاند.
به گزارش دیجیاتو، اما ماجرا فقط ساخته و پرداخته سینما نیست. بعضی از جدیترین نظریههای فیزیک مدرن، از مکانیک کوانتومی تا کیهانشناسی، ما را به احتمالی عجیب میرسانند: شاید جهان ما تنها جهان موجود نباشد. هنوز هیچکس وجود جهانهای موازی را ثابت نکرده است، اما این ایده آنقدر هم خیالی نیست که بتوان بهسادگی کنار گذاشت. فیزیکدانها وقتی از چندجهانی حرف میزنند، دقیقاً منظورشان چیست و چه شواهدی برای آن دارند؟
وقتی از جهانهای موازی حرف میزنیم، در واقع درباره یک نظریه مشخص و یکدست صحبت نمیکنیم. این نام، مجموعهای از ایدههای متفاوت را در بر میگیرد؛ ایدههایی که هرکدام از مسیر جداگانهای به فیزیک رسیدهاند و شواهد، منطق و پیامدهای خاص خودشان را دارند.
در فیلمها و داستانهای علمیتخیلی، جهان موازی معمولاً جایی است که زندگی ما مسیر دیگری را طی میکند. در یک جهان شغل متفاوتی داریم و شاید در واقعیتی دیگر هرگز به دنیا نیامدهایم. چنین تصویری وسوسهکننده است، چون تقریباً همه ما بارها از خود پرسیدهایم: «اگر آن روز تصمیم دیگری میگرفتم، چه میشد؟». اما جهانهای موازی در فیزیک الزاماً از انتخابهای ما متولد نمیشوند.
ماجرا از این هم جالبتر میشود وقتی بدانیم فیزیکدانها اصلاً دنبال کشف جهانهای دیگر نیستند. آنها فقط میخواهند همین جهانی را که در آن زندگی میکنیم بهتر بفهمند؛ اینکه چرا اینطور رفتار میکند و قوانینش دقیقاً چه هستند.
اما گاهی وقتی این قوانین را جدی میگیرند و تا آخر مسیر پیش میروند، به نتیجهای میرسند که شاید خودشان هم انتظارش را نداشته باشند: شاید این جهان، تنها جهان موجود نباشد. در واقع چندجهانی چیزی نیست که دانشمندان از سر خیالپردازی ساخته باشند، بلکه نتیجهای است که بعضی نظریهها، اگر آنها را تا انتها دنبال کنیم، ناخواسته پیش پایمان میگذارند.
در علم، دستکم دو مسیر مهم به ایده چندجهانی میرسند. مسیر نخست از کیهانشناسی میگذرد. شاید آنچه ما جهان مینامیم، فقط بخش کوچکی از واقعیتی بسیار بزرگتر باشد؛ فضایی فراتر از محدودهای که نور آن تاکنون به ما رسیده است. در بعضی مدلها، این فضای عظیم میتواند میزبان جهانهای حبابی متعددی باشد، حبابهایی جدا از یکدیگر که شاید شرایط آغازین یا حتی قوانین فیزیکی متفاوتی داشته باشند.
مسیر دوم از دل مکانیک کوانتوم بیرون میآید و حتی از مسیر اول هم عجیبتر است. در اینجا پای رفتار عجیب ذرات بنیادی در میان است، جایی که شاید یک رویداد کوانتومی فقط یک نتیجه نداشته باشد. ممکن است تابع موج هرگز از بین نرود و همه نتیجههای ممکن، هرکدام در شاخهای جداگانه از واقعیت، به مسیر خود ادامه دهند. بااینحال، نباید این دو نوع چندجهانی را یکی دانست. جهانهای حبابی، اگر واقعاً وجود داشته باشند، نواحی بسیار دوری در فضاـزمان هستند.
اما جهانهای کوانتومی در واقع شاخههایی از یک حالت واحد هستند که پس از برهمکنش با محیط از هم جدا میشوند و دیگر بهراحتی نمیتوانند با یکدیگر تداخل یا ارتباط برقرار کنند.
وقتی از جهان حرف میزنیم، گاهی منظورمان تمام واقعیت فیزیکی است و گاهی فقط بخشی که میتوانیم ببینیم، یعنی جهان قابل مشاهده. این بخش از کیهان شامل نواحیای میشود که نور یا هر پیام دیگری از آغاز تاریخ جهان فرصت کرده است از آنها به ما برسد. مرز جهان قابل مشاهده دیوار، خلأ یا پایان فضا نیست. احتمالاً فضا بسیار فراتر از آن ادامه داشته باشد، اما فاصله بسیار زیاد و انبساط کیهان باعث شده باشد نور آن نواحی هرگز به ما نرسد.
بنابراین، آنچه بیرون از افق دید ما قرار دارد، لزوماً جهانی جدا با قوانین فیزیکی متفاوت نیست؛ شاید فقط ادامه همین کیهان باشد، با همان قوانین بنیادی اما ستارهها، کهکشانها و آرایش متفاوتی از ماده. این سادهترین معنای جهانهای دیگر است: بخشهایی بسیار دور که امکان ارتباط با آنها را نداریم.
اگر فضا واقعاً نامتناهی باشد و ماده در هر بخش محدود تنها تعداد مشخصی آرایش ممکن داشته باشد، این آرایشها ممکن است سرانجام تکرار شوند، حتی شاید جایی نسخههایی بسیار شبیه ما وجود داشته باشند. اما هنوز معلوم نیست فضا واقعاً نامتناهی باشد و این نتیجه به فرضهای متعددی درباره شکل کیهان، توزیع ماده و تعداد حالتهای ممکن بستگی دارد. پس وجود نسخهای دیگر از شما فعلاً فقط یک امکان نظری در کیهانی بسیار بزرگ است، نه کشفی که علم آن را ثابت کرده باشد.
براساس مدلهای تورمی، کیهان در نخستین لحظات عمر خود دورهای بسیار کوتاه از انبساطی فوقالعاده سریع را پشت سر گذاشته است. این جهش ناگهانی میتواند توضیح دهد چرا جهان در مقیاسهای بزرگ تا این حد یکنواخت و تقریباً تخت بهنظر میرسد و چگونه نوسانهای بسیار کوچک اولیه، بعدها به بذر شکلگیری ستارهها و کهکشانها تبدیل شدند.
دادههای تابش زمینه کیهانی نیز با پیشبینی بسیاری از مدلهای تورم سازگار هستند. بهعنوان مثال، نتایج مأموریت پلانک نشان دادند الگوی نوسانهای اولیه به پیشبینی این مدلها نزدیک است، هرچند برای امواج گرانشی ابتدایی فقط یک حد بالا ثبت شد. این یافتهها برخی مدلها را محدود، اما نه چندجهانی را اثبات میکنند و نه همه نسخههای تورم را به یک اندازه تأیید میکنند.
در بعضی مدلها، تورم در بخشی از فضا متوقف میشود و جهانی داغ مانند جهان ما شکل میگیرد، اما در بخشهای دیگر همچنان ادامه پیدا میکند. ازآنجاکه فضای درحال تورم با سرعت زیادی درحال گسترش است، پایان تورم در چند ناحیه نمیتواند کل این فرایند را متوقف کند. بنابراین، حبابهای تازهای پیدرپی شکل میگیرند که به آن تورم ابدی میگویند. چنین مدلی میتواند به شکلگیری مجموعهای از جهانهای حبابی بینجامد، اما تعیین احتمالها در چنین چندجهانی نامتناهی با چالشهای جدی دستوپنجه نرم میکند.
تورم ابدی میتواند در بخشهایی از فضا ادامه یابد، درحالیکه در نواحی دیگر متوقف میشود و جهانهای حبابی مستقلی با ساختار کیهانی ویژه خود بهوجود میآیند.
در صورت شکلگیری جهان ما درون یک حباب کیهانی، این احتمال وجود دارد که در گذشته بسیار دور با حباب دیگری برخورد کرده باشد. چنین برخوردی شاید باعث ایجاد ردپایی دایرهای یا نامتقارن بر تابش زمینه کیهانی شود. اهمیت این ایده در آن است که بخشی از فرضیه چندجهانی را از یک تصور کاملاً دور از دسترس، به پرسشی قابل بررسی تبدیل میکند.
پژوهشگران برای پیدا کردن این ردپاها، نقشههای آسمان را بررسی کردهاند. یکی از نخستین پژوهشهای بزرگ روی دادههای هفتساله کاوشگر WMAP هیچ نشانه قانعکنندهای از برخورد حبابهای کیهانی پیدا نکرد و بعضی از سناریوهای احتمالی را هم کنار گذاشت.
البته پیدا نشدن این نشانهها به معنای رد کامل چندجهانی نیست. ممکن است اصلاً برخوردی رخ نداده باشد، اثر آن آنقدر ضعیف باشد که نتوانیم تشخیصش دهیم یا حبابهای دیگر برای همیشه بیرون از محدوده قابل مشاهده ما باقی بمانند. چالش اصلی از همینجا شروع میشود: نظریهای که بیشتر پیامدهایش دیده نمیشود، باید بتواند دستکم درباره جهان خودمان پیشبینیهایی روشن و قابل آزمایش ارائه دهد. از طرفی، در مدل تورم ابدی هنوز معلوم نیست در میان بینهایت جهان، احتمال وقوع هر رویداد را چگونه باید محاسبه کرد. این چالش که مسئله اندازه نام دارد، یکی از مهمترین مشکلات حلنشده این ایده است.
راه دوم رسیدن به ایده جهانهای موازی، از دنیای بسیار کوچک ذرات میگذرد. در مکانیک کوانتوم، حالت هر ذره با تابع موج توصیف میشود؛ تابعی که نتایج ممکن و احتمال رخدادن آنها را نشان میدهد. بهعنوان مثال، پیش از اندازهگیری اسپین یک الکترون، ممکن است این ذره ترکیبی از دو حالت بالا و پایین داشته باشد. قانونی بهنام قانون بورن نیز مشخص میکند احتمال مشاهده هرکدام از این دو نتیجه چقدر است.
اما درست همینجا یکی از بزرگترین معماهای فیزیک کوانتوم شکل میگیرد. معادله شرودینگر میگوید تابع موج بهصورت پیوسته و منظم تغییر میکند، ولی ما هنگام آزمایش فقط یک نتیجه مشخص میبینیم. در توضیح سنتی گفته میشود تابع موج هنگام اندازهگیری فرو میپاشد و از میان همه حالتهای ممکن، فقط یکی باقی میماند. بااینحال، خود این توضیح پرسشهای تازهای ایجاد میکند: اندازهگیری دقیقاً چه زمانی اتفاق میافتد؟ مرز میان یک سیستم کوانتومی و دستگاه اندازهگیری کجاست؟ و آیا حضور یک انسان برای مشخصشدن نتیجه ضروری است؟
امروزه بیشتر فیزیکدانان معتقدند برای مشخصشدن نتیجه یک اندازهگیری کوانتومی، نیازی به آگاهی انسان یا نیرویی اسرارآمیز نیست. خود دستگاه اندازهگیری، محیط اطراف و ثبت نتیجه در این فرایند نقش دارند. آزمایش فکری معروف گربه شرودینگر هم قرار نبود ثابت کند یک گربه همزمان زنده و مرده است. شرودینگر با این مثال میخواست یک مشکل را نشان دهد: اگر قوانین عجیب دنیای ذرات را مستقیماً به دنیای روزمره تعمیم دهیم، به نتایجی میرسیم که با تجربه عادی ما سازگار نیستند.
ماجرا زمانی پیچیدهتر میشود که بپرسیم آیا تابع موج واقعاً هنگام اندازهگیری فرومیپاشد یا نه. در توضیح رایجی که به تفسیر کپنهاگی معروف است، یک ذره پیش از اندازهگیری میتواند در ترکیبی از چند حالت ممکن باشد؛ اما بهمحض اندازهگیری، فقط یکی از آن حالتها به نتیجه واقعی تبدیل میشود و بقیه از بین میروند. حالا اگر فرض کنیم چنین فروپاشی اصلاً رخ نمیدهد، هیچیک از نتایج ممکن حذف نخواهند شد، بلکه هرکدام در شاخهای جداگانه از واقعیت ادامه پیدا میکنند. این ایده پایه تفسیر جهانهای متعدد است.
البته تفسیر کپنهاگی یک دیدگاه کاملاً یکدست نیست و نسخههای مختلفی از آن وجود دارند. همه این نسخهها نیز برای ذهن یا آگاهی انسان نقش ویژهای در اندازهگیری قائل نیستند. از طرف دیگر، برهمنهی کوانتومی را نمیتوان فقط به ناآگاهی ما از وضعیت واقعی ذره نسبت داد، چون حالتهای کوانتومی میتوانند با یکدیگر تداخل داشته باشند. همین تداخل نشان میدهد که ذره پیش از اندازهگیری صرفاً در یکی از حالتها پنهان نشده است، بلکه وضعیتی دارد که با احتمالات معمول در زندگی روزمره تفاوتی بنیادی دارد.
«هیو اورت» (Hugh Everett) در سال ۱۹۵۷ دیدگاهی را مطرح کرد که بعدها به تفسیر جهانهای متعدد معروف شد. ایده اصلی او این بود که نهفقط ذره، بلکه دستگاه اندازهگیری، آزمایشگر و درنهایت کل جهان را میتوان با یک تابع موج واحد توصیف کرد؛ تابعی که همیشه طبق قوانین مکانیک کوانتوم پیش میرود و هیچگاه فرونمیپاشد.
در این تصویر، بعد از اندازهگیری، حالت ذره و دستگاه به هم وابسته میشوند: در یک شاخه، دستگاه نتیجه بالا را ثبت میکند و در شاخهای دیگر، نتیجه پایین دیده میشود. هر مشاهدهگر فقط نتیجه شاخه خودش را تجربه میکند و از نتیجه شاخه دیگر، اطلاعی ندارد.
البته شاخهشدن جهان را نباید به معنای شکافتهشدن فضا یا ساختهشدن ناگهانی مادهای تازه تصور کرد. در برداشت امروزی از این نظریه، شاخهها بخشهایی از یک تابع موج واحد هستند که بهتدریج از هم مستقل میشوند. بههمیندلیل، شاید اصلاً نتوان تعداد مشخصی برای این جهانها تعیین کرد، چون شاخهشدن یک اتفاق لحظهای و دقیق نیست، بلکه فرایندی پیوسته است که با برهمکنش سیستم و محیط شکل میگیرد. سادهتر بگوییم، مکانیک کوانتوم از یک واقعیت بزرگ و یکپارچه حرف میزند و جهانی که ما تجربه میکنیم، تنها یکی از شاخههای پایدار این واقعیت گسترده است.
اگر همه نتایج در تابع موج باقی میمانند، چرا یک میز را همزمان در دو مکان یا گربهای را همزمان مرده و زنده نمیبینیم؟ پاسخ در مفهومی بهنام واهمدوسی (یعنی از بین رفتن نظم و هماهنگی کوانتومی میان حالتهای مختلف)، نهفته است. اگر یک سیستم کاملاً از محیط جدا باشد، حالتهای مختلف کوانتومی آن میتوانند هماهنگی خود را حفظ کنند و با یکدیگر تداخل داشته باشند. اما اجسام واقعی همیشه با نور، هوا، گرما و محیط اطراف در تماس هستند.
این تماس باعث میشود اطلاعات حالتهای کوانتومی در محیط پخش شود و هماهنگی میان آنها از بین برود. درنتیجه، تداخل میان حالتهای ماکروسکوپی با سرعت بسیار زیادی غیرقابل مشاهده میشود و هر مؤلفه برای ناظر درون آن، رفتاری تقریباً کلاسیک پیدا میکند.
واهمدوسی فقط یک توضیح فلسفی نیست و میتوان آن را در آزمایشها مشاهده کرد. بهعنوان مثال، دانشمندان بررسی کردهاند که برخورد مولکولهای هوا با مولکولهای فولرن چگونه الگوی تداخل کوانتومی آنها را از بین میبرد. از طرف دیگر، تداخل کوانتومی حتی در مولکولهای آلی بزرگ هم مشاهده شده است. پس نمیتوان گفت فقط اتمها رفتار کوانتومی دارند و هر جسم بزرگی حتماً کلاسیک است. رفتار کلاسیک بیشتر زمانی ظاهر میشود که یک سیستم بهشدت با محیط اطراف خود در ارتباط باشد.
بااینحال، واهمدوسی بهتنهایی ثابت نمیکند که همه شاخههای تابع موج، جهانهایی واقعی و جداگانه هستند. این فرایند فقط توضیح میدهد که چرا حالتهای مختلف دیگر نمیتوانند بهراحتی با هم تداخل کنند و چرا جهان در هر شاخه، برای ناظر عادی کلاسیک بهنظر میرسد.
اما هنوز توضیح نمیدهد که چرا ما درنهایت فقط یک نتیجه مشخص را تجربه میکنیم. همچنین، روشن نمیکند که آیا باید همه حالتهای ممکن را واقعیتهایی همارز بدانیم یا نه. بنابراین، واهمدوسی بخش مهمی از گذار جهان کوانتومی به جهان کلاسیک را توضیح میدهد، اما مسئله اندازهگیری را بهطور کامل حل نمیکند.
نه، دستکم نه آنطور که معمولاً در فیلمها نشان میدهند. در تفسیر جهانهای متعدد، جهان بهخاطر انتخاب آگاهانه ما شاخهشاخه نمیشود. این شاخهها در اثر رویدادهای کوانتومی و پخششدن اطلاعات آنها در محیط شکل میگیرند. تصمیمگیری ما نیز یک فرایند فیزیکی در مغز و مغز هم از ذرات ساخته شده است، اما اینکه بگوییم «با انتخاب چای یا قهوه، جهان دو قسمت میشود» توضیحی بیشازحد ساده و گمراهکننده خواهد بود.
اگر در دو شاخه، دو نسخه از شما وجود داشته باشد، هر دو تا زمان جداشدن، گذشته یکسانی دارند. اما پس از آن، به دو فرد جدا با تجربههای متفاوت تبدیل میشوند. میتوان آنها را به دوقلوهایی تشبیه کرد که آغاز مشترکی داشتهاند، اما بعد مسیرهای متفاوتی را طی میکنند. تاکنون هیچ راه شناختهشدهای برای فرستادن پیام، سفرکردن یا بازکردن دروازه میان این شاخهها وجود ندارد.
یکی از عجیبترین ایدههایی که از تفسیر جهانهای متعدد بیرون آمده، جاودانگی کوانتومی است. روایت سادهشده آن میگوید اگر یک حادثه مرگبار به نتیجهای کوانتومی وابسته باشد، همیشه شاخهای وجود دارد که شما در آن زنده میمانید؛ پس آگاهی شما فقط شاخههایی را تجربه میکند که در آنها زنده ماندهاید. اما این استدلال بر چند فرض اثباتنشده تکیه دارد: اینکه هویت و آگاهی میتوانند میان شاخهها ادامه پیدا کنند، شاخههای بسیار کماحتمال را مهمتر از حد واقعی میگیرد، مرگ را اتفاقی کاملاً لحظهای میداند و قواعد معمول احتمال را نادیده میگیرد.
در تفسیر چندجهانی، شاخههایی که فرد در آنها میمیرد همچنان وجود دارند و نسخههای دیگر او و نزدیکانش، مرگش را تجربه میکنند. وجود شاخهای بسیار کماحتمال که فرد در آن زنده میماند، خطر واقعی را پیش از حادثه از بین نمیبرد.
پژوهشهای مربوط به این موضوع نیز میگویند تفسیر چندجهانی بهتنهایی به معنای جاودانگی کوانتومی نیست. حتی ایده خودکشی کوانتومی هم فقط یک آزمایش فکری بسیار بحثبرانگیز است، نه چیزی که بتوان در عمل به آن تکیه کرد. هیچکس نباید تصمیمهای پزشکی، ایمنی یا مربوط به مرگوزندگی را براساس چنین ایدهای بگیرد.
با اطمینان زیادی میدانیم که فیزیک کوانتوم در آزمایشهای بسیار زیادی موفق بوده است. برهمنهی، تداخل و درهمتنیدگی پدیدههایی واقعی هستند و برهمکنش با محیط، نقش مهمی در شکلگیری رفتار کلاسیک دارد.
همچنین میدانیم الگوی نوسانهای تابش زمینه کیهانی با گروه مهمی از مدلهای تورم کیهانی سازگار است. برای برخی مدلهای چندجهانی نیز میتوان بهدنبال نشانههای غیرمستقیم، مانند آثار برخورد جهانهای حبابی، گشت، اما تاکنون مدرک قانعکنندهای پیدا نشده است. اینها بخشهای نسبتاً محکم ماجرا هستند.
درمقابل، هنوز نمیدانیم کل فضا بینهایت است یا نه، تورم کیهانی برای همیشه ادامه پیدا میکند یا نه و آیا جهانهای حبابی دیگری واقعاً شکل گرفتهاند. همچنین روشن نیست که تفسیر چندجهانی، تصویر واقعی طبیعت یا فقط یکی از چند روش ممکن برای فهم ریاضیات کوانتومی است.
هیچ تصویر مستقیمی از یک جهان موازی، هیچ پیامی از نسخه دیگری از ما و هیچ آزمایش قطعیای که همه تفسیرهای رقیب را رد کند، وجود ندارد. بنابراین این ادعا که «فیزیک وجود جهانهای موازی را ثابت میکند» درست نیست.
هنوز نمیدانیم. نه تلسکوپی جهانی دیگر را دیده، نه پیامی از نسخه دیگری از ما رسیده است و نه آزمایشی وجود دارد که یکبار برای همیشه همه تفسیرهای رقیب را کنار بزند. بااینحال، چندجهانی فقط یک خیال علمیتخیلی نیست. این ایده از دل تلاشهای جدی برای فهم تورم کیهانی، ساختار فضا و معمای اندازهگیری در فیزیک کوانتوم بیرون آمده است.
شاید جهان ما تنها یک حباب در اقیانوسی بسیار بزرگتر باشد. شاید هر نتیجه کوانتومی در شاخهای جدا ادامه پیدا کند. شاید هم طبیعت راه دیگری را برگزیده باشد و همه این تصویرها فقط برداشتهای متفاوت ما از ریاضیاتی واحد باشند. علم هنوز حکم نهایی را صادر نکرده است و دقیقاً همین ندانستن، ماجرا را جذاب میکند.
ارزش ایده جهانهای موازی فقط در عجیببودن آن نیست، بلکه در پرسشهایی است که پیش روی ما میگذارد: مرز جهان کجاست؟ واقعیت از چه ساخته شده است؟ چرا از میان همه حالتهای ممکن، فقط یک نتیجه را تجربه میکنیم؟ و آیا آنچه جهان مینامیم، تمام واقعیت است یا تنها بخش کوچکی از آن؟
ممکن است هیچوقت نتوانیم به جهان دیگری سفر کنیم یا نسخه دیگری از خودمان را ببینیم. اما همین فرضیهها ما را وادار میکنند دقیقتر نگاه کنیم، بهتر آزمایش کنیم و مرز میان آنچه میدانیم و آنچه فقط حدس میزنیم، روشن نگه داریم. شاید روزی نشانهای کوچک در تابش نخستین کیهان، یک آزمایش کوانتومی تازه یا نظریهای عمیقتر، بخشی از این راز را آشکار کند.