tajemnice kosmosu



falowa funkcja wszechświata



Obecnie żyje dwóch najwybitniejszych fizyków działających w obszarze kosmologii. Jednym z nich jest (dla mnie) Micho Kaku, profesor fizyki teoretycznej w City University of New York, oraz jeden z najwybitniejszych umysłów naszych czasów - Stephen Hawking, który choć przykuty do wózka, pozbawiony praktycznie władzy w ciele, umierający na nieuleczalną chorobę, nadal kontynuuje badania, objął katedrę Lucasa na Uniwersytecie w Cambridge (tą samą, co Isaac Newton) i propaguje naukę. Jedną z rzeczy, których Hawking żałuje jest to, iż nie zdążył osobiście poznać A, einstejna, bowiem gdy ten zmarł, on sam miał zaledwie 13 lat.
Hawking jest jednym z twórców nowego działu nauki, zwanego kosmologią kwantową. Paradoks? A jednak...
Część naukowców, m.in. Hawking uważa, iż znaczny rozwój kosmologii osiągniemy, gdy odwołamy się do teorii kwantowej.
Zgodnie z teorią kwantową, każde ciało można opisać funkcją falową, która mierzy prawdopodobieństwo znalezienia tego ciała w pewnym punkcie w przestrzeni i czasie. A zatem punktem wyjścia teorii kwantowej jest funkcja falowa, opisująca wszystkie możliwe stany cząstki, czego ładny przykład podał Kaku w swej książce "Hiperprzestrzeń":
"[...] Chmurę burzową można porównać do funkcji falowej pojedynczego elektronu. Podobnie jak chmura, wypełnia ona całą przestrzeń. Im większa jest jej wartość w danym punkcie, tym większe prawdopodobieństwo znalezienia tam elektronu. [...] Gdybym w jakiś sposób potrafił zobaczyć moją własną funkcję falową, przypominałaby chmurę o kształcie bardzo zbliżonym do mojego ciała. Jednak jej część rozciągałaby się na całą przestrzeń, aż do Marsa, a nawet poza Układ Słoneczny, chociaż byłaby tam znikomo mała. Oznacza to, że istnieje bardzo duże prawdopodobieństwo, iż rzeczywiście siedzę na krześle, a nie znajduję się na Marsie.[...]"
Zastosowanie teorii kwantowej w kosmologii skłania Hawkinga do wniosku, iż może istnieć nieskończenie wszechświatów równoległych. Traktując wszechświat zamiennie jako cząstkę kwantową i tworząc jego funkcję falową musimy przyjąć, iż opisuje ona zbiór wszystkich możliwych wszechświató. A zatem punktem wyjścia w teorii Hawkinga jest nieskończony zbiór wszechświatów równoległych.
Zakłada się, iż funkcja falowa naszego wszechśwaita jest dość duża w jego pobliżu, natomiast znikomo mała dla innych wszechświatów. I właśnie tym zajmują się uczeni w dziedzinie kosmologii kwantowej - matematycznym zewryfikowaniem powyższego założenia.

Obecnie definicję słowa "wszechświat" możemy określić krótko - wszystko co może istnieć.

Analizując teorię Hawkinga zauważamy, iż funkcja falowa wszechświata rozszerza się na kilka innych wszechświatów co oznacza, iż istnieje niewielkie prawdopodobieństwo, że wybierze ona sąsiedni równoległy wszechświat. Można stąd wysunąć wniosek, że choć istnieje niewielkie prawdopodobieństwo, jednak nie można całkowicie wykluczyć przejścia pomiędzy wszechświatami. Teoria Hawkinga dopuszcza zderzenia wszechświatów i tworzenia się tuneli czasoprzestrzennych łączących wszechświaty.

Dla lepszego zobrazowania wyobraźmy sobie, iż wszechświat jest jak bańka mydlana. Takie porównania zdarza się dość często. W teorii Hawkinga mamy nieskończoną ilość baniek co pewien czas zderzających się, łączących się lub dzielących na mniejsze. Pamiętajmy, iż każda z baniek jest dziesięciowymiarowym wszechświatem, w których czas i przestrzeń istnieją jedynie na ich powierzchni. Każda z baniek ma własne warunki i prawa fizyki, w tym swój własny "czas".
Czy zatem jest możliwe podróżowanie pomiędzy wszechświatami? No cóż... Znane nam technologie wykluczają taką możliwość. A jeśli ktoś obawia się zderzenia wszechświatów i wynikających z tego "niedogodności", to uspakajająco przytoczę słowa M.Kaku:
"[...] wielkie przejścia kwantowe w tej skali są wyjątkowo rzadkie, prawdopodobnie czas oczekiwania na takie wydarzenie byłby dłuższy od wieku Wszechświata. [...]"

Teoria Hawkinga, zwana teorią "wszechświata potomnego" wywołała dwie bużliwe dyskusje: antropiczną (miejsce Boga we wszechświecie) oraz zwaną "problemem kota Schrödingera".
Dyskusja antropiczna pozostaje i chyba zawsze pozostanie otwarta, Wydaje się, iż zajmowane w niej stanowisko zależy ściśle od stanu świadomożci każdego z nas (jakkolwiek rozumianego) i otwartości umysłu. Natomiast jeśli chodzi o kota Schrödingera . . .
Erwin Schrödinger, twórca równania falowego, zmęczony dyskusją nad nim, a konkretnie nad stwierdzeniem, iż nie można poznać stanu cząstki, dopuki nie przeprowadzi się obserwacji, co w efekcie oznacza, iż do momentu pomiaru cząstka istnieje w stanie nieokreślonym, stwierdził: "Nie podoba mi się to i przykro mi, że miałem z tym cokolwiek wspólnego." Oburzeni krytycy pytali:
"Czy kot jest martwy, czy żywy, zanim się na niego spojrzy?"
Choć dla Schrödingera pomysł z kotem był szczytem absurdu, jednak przeprowadził doświadczenie. W skrócie: W zapieczętowanym pudełku umieścił wyimaginowanego kota. Na wprost strzelbę uruchamianą automatycznie kombinacją uranu i licznika Geigera. By stwierdzić faktyczny stan kota (żywy lub martwy) należy więc otworzyć pudełko. Paradoksem kota jest jego stan przed otwarciem pudełka - opisywany funkcją falową jest sumą martwego i żywego kota.
Istnieją trzy sposoby na radzenie sobie z paradoksem kota:
- założenie, iż Bóg nie istnieje
- ignorowanie problemu
- teoria wielu światów (odżyła dzięki funkcji falowej wszechświata Hawkinga)

Można wykazać, iż teoria wielu światów Everetta jest matematycznie równoważna zwykłym interpretacjom teorii kwantowej, jednak komunikacja pomiędzy tymi światami jest niemożliwa, stąd żaden spośród wszechświatów nie wie o istnieniu innych. Zgodnie więc z zasadą brzytwy Ockhama powinniśmy o nich zapomnieć.

Teoria Everetta odwołuje się jedynie do pojedynczych cząstek i nie przewiduje komunikacji pomiędzy wszechświatami, natomiast teoria Hawkinga wymaga nieskończonej liczby niezależnych wszechświatów i postuluje możliwość tunelowania czasoprzestrzennego pomiędzy nimi, tworząc właśnie tunele czasoprzestrzenne swym centralnym zagadnieniem (rozmiary tuneli oscylują wokół długości Plancka).
Aby podróżować w tunelach Hawkinga należałoby podróżować w "czasie urojonym".

Równania Einsteina stwierdzają, że materio-energia ciała określa zakrzywienie otaczającej je czasoprzestrzeni, a energię próżni mierzymy stałą kosmologiczną (w granicach zera).
Problem stałej kosmologicznej pojawił się podczas badań nad łamaniem symetrii w modelu standardowym i modelu GUT. Przewidywana ilość uwolnionej energii była 10100 razy większa od obserwowanej eksperymentalnie.
Jak już wspomniano, zgodnie z teorią Hawkinga istnieje nieskończona liczba wszechświatów, połączonych między sobą tunelami czasoprzestrzennymi. Colemam dokonał próby zsumowania wkładu i tej nieskończonej serii wykazując, iż funkcja falowa wszechświata wskazuje, że stała kosmologiczna ma wartość zero, co oznacza, iż wszechświat z zerową stała jest bardzo prawdopodobny. Przyjmując inną wartość stałej kosmologicznej funkcja falowa wszechświata szybko zanika, co oznacza, iż prawdopodobieństwo takiego wszechświata jest zerowe.
Z wyliczeń Colemana wynika, iż tunele czasoprzestrzenne zapewniają stosunkowo dużą stabilność naszego wszechświata.

Ostateczne rozwiązanie równań tuneli czasoprzestrzennych jest uzależnione od głębszego poznania procesów fizycznych zachodzących przy energii Plancka.





góra  strony...





Dorota Kuryło