Reminiscência Quinta-feira: são paralelos Universos Real?
Crédito da imagem: Alexander Kirillov do Mandelbrot Set, do SigmaCamp, via http://sigmacamp.org/2012/lectures/day1.
É a ideia mais fantástica já divulgada: que há um número infinito de Universos idênticos ao nosso lá fora, e que tudo o que poderia ter acontecido realmente ocorre em algum lugar. Mas isso é uma possibilidade realista, ou apenas fantasia?
Farnsworth: Aí está. A borda do universo!
Fry: Longe. Então há um número infinito de Universos paralelos?
Farnsworth: Não, apenas os dois.
Fry: Ah, bem, tenho certeza de que é o suficiente. – futurama
( Cada quinta-feira, nós vamos tomar um post clássico dos Começa com arquivos e atualizar um estrondo, aumentando e melhorando o som para a nossa série da reminiscência de quinta-feira. Bem-vindo, e divirta-se! )
Nossa existência aqui neste Universo é algo que sabemos ser raro, especial, bonito e cheio de maravilhas.
Crédito da imagem: Kelly Montgomery.
Algumas coisas acontecem com incrível regularidade e previsibilidade: a ocorrência de dias-e-noites, as marés, as estações, o movimento dos corpos celestes, e muito mais. As leis físicas que regem o Universo são muito, muito bem entendido , e essa compreensão nos ajudou a construir uma visão bastante abrangente de exatamente em que consiste nosso Universo observável, de onde ele veio e o que isso parece .
O entendimento que temos é muito direto: nossas leis e teorias científicas nos permitem, se você nos der as condições iniciais de algum sistema, não importa quão complicado seja, para prever o que vai acontecer no futuro.
E ainda assim, é não um inteiramente determinista sistema! Claro, leis como a gravitação são preditivas e determinísticas: em outras palavras, se soubéssemos as posições e momentos de todas as partículas, e tinha poder computacional infinito, que poderiam verificar as propriedades de qualquer partícula uma quantidade arbitrária de tempo no futuro. (Ou o passado, para essa matéria.)
Mas não é o caso em absoluto para a física quântica.
Crédito da imagem: Direitos de autor CSIRO Austrália 2004 via http://outreach.atnf.csiro.au/.
Acontece que conhecer as posições e momentos das partículas – mesmo de cada partícula no Universo – não é suficiente para determinar as propriedades dessa partícula no futuro. Dê-me um átomo de urânio, e com certeza, você conhecer vai decair. Mas você não pode prever quando esse átomo decairá, e você não pode prever em que direção o decaimento ocorrerá. em absoluto !
O que você posso fazer é prever o probabilidade que qualquer núcleo de urânio em particular irá decair após um determinado período de tempo, e você pode – se você obtiver uma amostra grande o suficiente de urânio – prever algumas propriedades do conjunto maior que as partículas individuais compõem. Mas não há como, independentemente do que você faça, prever o que qualquer partícula em particular fará. E a mesma estranheza quântica, ou dentro determinismo, aparece em outro sistema, como disparar um único fóton em uma tela com múltiplas aberturas.
Crédito da imagem: Robert Austin e Lyman Page / Universidade de Princeton.
Claro, se você disparar fótons suficientes, pode confiar no padrão que surgirá, estatisticamente. É isso que a mecânica quântica permite prever com grande precisão: o que acontecerá na média se você executar o experimento um número muito grande de vezes. Ele lhe dá uma excelente resposta para a distribuição de probabilidade de qualquer sistema que você possa configurar.
Mas se você está perguntando sobre as propriedades de um especial partícula — onde termina, que caminho percorreu, etc. — existe não há como saber. Isso não é por causa de nossa incapacidade como seres humanos de entendê-lo; é um dos aspectos mais incompreensíveis, intrigantes, mas fundamentais da a realidade quântica do nosso Universo . Pode ser inquietante, mas o futuro quântico da cada partícula é um mistério desta forma.
E, ao mesmo tempo, lembre-se, nosso Universo, nosso Universo físico observável, é cheio de uma enorme quantidade dessas coisas !
Crédito da imagem: NASA, ESA, R. Windhorst, S. Cohen e M. Mechtley (ASU), R. O'Connell (UVa), P. McCarthy (Carnegie Obs), N. Hathi (UC Riverside), R. Ryan (UC Davis), & H. Yan (tOSU).
Quando você soma tudo o que conhecemos: fótons, neutrinos, prótons e nêutrons (ou quarks e glúons, se você quiser ser mais fundamental), elétrons, antimatéria e tudo mais, sabemos que existem pelo menos cerca de 10^90 partículas no Universo observável. O Universo existe - desde a era do Big Bang - há cerca de 13,8 bilhões de anos, ou cerca de 4 × 10^17 segundos, ou (se você preferir unidades de tempo de Planck) cerca de 8 × 10^60 unidades de tempo de Planck.
Agora pense em todo esse tempo, e pense 1 partícula. Qualquer um que você quiser, mas apenas um. Eu quero que você escolha apenas 1 dessas 10^90 partículas, e pense no que acontece com ela ao longo das 8 × 10^60 unidades de tempo de Planck em que ela existe em nosso Universo observável.
Crédito da imagem: James Schombert da Universidade de Oregon, via http://abyss.uoregon.edu/~js/.
Quantas vezes essa partícula experimentou uma interação quântica com outra? Quantas vezes sua posição ou momento mudou? Quantas vezes uma possibilidade quântica em particular aconteceu para essa partícula e, portanto, não as outras possibilidades? E quantas vezes isso foi o resultado de algo que teve um discreto número de resultados (como uma partícula tendo seu spin ser +½ ou -½), versus com que frequência houve um contínuo número de resultados possíveis (como a direção de decaimento de uma partícula instável)?
A resposta, para cada uma dessas ~10^90 partículas, é que havia bastante dessas interações, e vários deles eram da variedade contínua. Cada vez que uma reação nuclear ocorre dentro de uma estrela – algo que acontece talvez 10^20 vezes por segundo apenas no nosso Sol – um grande número de partículas experimenta uma interação quântica. E se apenas um dessas interações tivessem um resultado diferente, nosso Universo estaria em um estado quântico diferente daquele em que está realmente.
Crédito da imagem: Jeff Miller, Ph.D. via Apologetics Press, de http://vnn.org/.
Se apenas 1 processo direcional aleatório - como uma aniquilação de matéria-antimatéria no Universo primitivo - ocorreu em um levemente direção diferente, como se estivesse fora de 0,000000001°, nosso Universo seria diferente. Se um único átomo radioativo decaísse apenas um attosegundo mais tarde do que realmente aconteceu, nosso Universo seria diferente.
E com todas as partículas interagindo de todas as maneiras que têm ao longo da história do Universo, você pode fazer alguns cálculos para tentar determinar quantos dessas decisões quânticas foram feitas, e quais são as chances de que nosso Universo existiria com cada fenômeno quântico sacudindo exatamente do jeito que aconteceu.
Bem, o número de possibilidades está em algum lugar – você está pronto para um grande número? — 10^(10^90)!, que deve ser lido como fatorial de dez para o-((dez para os noventa)). O que, a menos que você seja um matemático profissional especializado em teoria dos números, é provavelmente o maior número que você já viu ou concebeu. (Para comparação, vou mostrar-lhe só 1000!, ou (10^3)!, abaixo .)
Crédito da imagem: Mohammad Shafienia de http://www.codeproject.com/.
Para chegar a 10 ^ (10 ^ 90) !, você tem que ter o número acima, multiplicá-lo por 1001, depois 1002, depois 1003, e assim por diante até que você multiplicado por 10 ^ 90, ou 1.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000, e então levou 10-para-que-poder. Esse é o tamanho desse número!
E daí, você pode zombar! Um número pode ser tão grande quanto quiser, mas se o Universo for verdadeiramente infinito , então há um número infinito de realizações que são exatamente assim, e toda possibilidade quântica pode acontecer em algum lugar !
Fácil lá. Essas são algumas grandes suposições. Em primeiro lugar, há uma suposição subjacente à ideia de que universos paralelos podem ser real , algo que é encoberto por interpretação de muitos mundos entusiastas.
Crédito da imagem: comparação da Wikipedia de interpretações da mecânica quântica.
Você vê, em mecânica quântica , definimos as propriedades de uma partícula por uma função de onda, e essa função muda com o tempo. Agora, em algumas interpretações, essa função de onda não é uma coisa real, com propriedades definidas, que determina qualquer coisa sobre essa partícula. Mensuráveis são a coisa real, e a função de onda é apenas uma ferramenta de cálculo. Mas em outras interpretações (como muitos mundos), a função de onda é realmente uma coisa real , e assim toda vez que uma decisão quântica pode ser feita, cada possibilidade acontece em algum lugar, e o que experimentamos como nosso Universo é simplesmente um caminho sendo escolhido.
Mas não se engane com o que você pode ter ouvido sobre um caminho sendo escolhido. O que a interpretação de muitos mundos na realidade estados é que o Universo realmente existe apenas como uma superposição de múltiplos estados, da mesma forma que a luz solar branca que você vê é apenas uma superposição de todos os diferentes comprimentos de onda de luz que a compõem! Há alguns que (erroneamente) afirmam que toda vez que uma decisão é tomada, você cria um novo Universo paralelo.
Crédito da imagem: Christian Schirm do Wikimedia Commons.
Embora esta seja uma noção romântica e de certa forma atraente, é não o que a física realmente afirma! Existem muitos termos que fazem contribuições diferentes de zero para a função de onda do Universo, não um monte de Universos que existem, e que quando você faz uma medição você se força a entrar em um e não em outro.
Matematicamente, as diferentes interpretações da mecânica quântica todo produzir os mesmos resultados mensuráveis. Mas se queremos que essa interpretação mais fantasiosa – a de muitos mundos (com um grande número de universos paralelos e tudo) – seja verdade, precisamos pelo menos 10^(10^90)! Universos- valor de espaço, tempo e matéria para que isso aconteça.
E embora existam alguns bons argumentos que fazemos, de fato, viver em um multiverso , o salto para ter muito Universo para trabalhar é impressionante. Deixe-me explicar.
Crédito da imagem: eu.
Você vê, o Universo, em sua história inicial, passou por um período de inflação cósmica, onde o Universo se expandiu exponencialmente. Por um período de pelo menos 10^-(30algo) segundos, foi isso que aconteceu para configurar o Big Bang. E enquanto acabamos de falar sobre por que a inflação provavelmente continuou por um muito mais tempo do que isso , eu quero que você pense exatamente quão muito mais tempo teria que continuar para criar os 10^(10^90) necessários! regiões do espaço-tempo idênticas (mais ou menos) ao nosso próprio Universo observável.
Crédito da imagem: eu.
A inflação (vamos escolher um número concreto) levou cerca de 10^-35 segundos para criar o espaço-tempo que contém nosso Universo observável hoje, que existe há cerca de 4 × 10^17 segundos desde então. Agora, a inflação provavelmente aconteceu por algum tempo antes disso também, mas para criar 10^(10^90)! regiões como a nossa, teria de continuar aproximadamente 10^(10^90)! segundos antes disso.
Aquilo é um tremendo suposição! E para cada segundo adicional que o Universo existe, você pode adicionar mais alguns potências de dez à quantidade de tempo que a inflação teria que ter ocorrido. A inflação pode ter ocorrido por um período de tempo arbitrariamente longo, mas a menos que esse número fosse realmente infinito, o Universo o alcançaria rapidamente.
Ou, em outras palavras… alguns infinitos são maiores que outros .
Crédito da imagem: usuário do deviantART youvegottocarpediem, via http://youvegottocarpediem.deviantart.com/.
Agora, isso não quer dizer não pode ou não acontece, mas é um salto tremendo e que requer uma extrapolação desordenada para ser feito. Ainda estamos tentando descobrir o que veio antes da inflação, quanto tempo durou e se houve ou não uma singularidade para iniciá-la. Estas são todas questões em aberto e, embora seja fácil extrapolar arbitrário para infinito , vamos ter em mente o quão limitada nossa compreensão realmente é antes de começarmos a considerar isso como uma probabilidade real, muito menos uma certeza.
Vamos ter em mente o quanto devemos supor se queremos que universos paralelos infinitos sejam reais, e lembre-se à medida que avançamos no tempo através do Universo: alguns infinitos são maiores que outros . Nosso Universo funcionando como tem sido o resultado de uma sequência de eventos extremamente improvável, e ainda assim aqui está, exatamente como isso é! Apesar de toda a comoção em torno de Universos paralelos, ainda podemos ser únicos em todo o multiverso!
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