TEORIJE

Pripremio: Vladimir Jeftić

Multiverzum i topologija vremena

Savremene kosmološke teorije upućuju da naš univerzum predstavlja samo jedan od skupa univerzuma. Taj skup čini beskonačan ili konačan ali ogroman broj univerzuma od kojih ne bi svi podjednako bili pogodni za život

Multiverzum kao teorijski koncept objašnjava tzv. fina podešavanja kosmoloških parametara bez potrebe pozivanja na bilo kakvo teološko bjašnjenje vrednosti fizičkih parametara univerzuma u kome živimo. Takođe, ontološka opravdanost koncepta multiverzuma odnosi se na to da vakuum u M teoriji nije jedinstven, već da predstavlja potpuno ravnopravne načine razbijanja početne simetrije sila, u kom smislu bismo imali ogroman broj regiona u kojima je došlo do razbijanja simetrije. Multiverzum kao koncept ima značajnu ulogu u filozofiji vremena jer postavlja nove koncepte nestandardne topologije vremena.

Teorija relativnosti implicira da živimo u prostor-vremenskom kontinuumu u kome su prostor i vreme neraskidivo povezani. Opšta teorija relativnosti povlači da svako telo koje poseduje masu deformiše prostor-vremenski kontinuum. Ovo je posledica činjenice da gravitacija ne samo da “deformiše” okolni prostor ve ć izaziva i dilataciju vremena. Savremena nauka, eksperimenti i kosmološke teorije odbacile su sliku u kojoj vreme i prostor predstavljaju entitete po sebi. Naprotiv, prostor i vreme čine neraskidivo tkanje univerzuma koje je podložno deformacijama u slučaju prostora i dilatacijama u slučaju vremena koje je u osnovi brojnih paradoksa.

Po teoriji Velikog praska

Teorija Velikog praska implicira da je prostor-vreme nastalo u Velikom prasku. Ovo nužno povlači da nema vremena pre Velikog praska što podrazumeva da živimo u univerzumu koji se odlikuje nestandardnom topologijom koja podrazumeva da je vreme nastalo u jednom trenutku, pre oko 13,7 milijardi godina, ali povlači i to da vreme predstavlja linearni kontinuum. Ovo znači da naš univerzum postoji u samo jednoj vremenskoj grani i da ne dolazi do grananja prostor-vremenskih realnosti.

Različiti modeli univerzuma međusobno se razlikuju u pogledu geometrije prostora. Prvi model sa geometrijom sfere predstavlja tzv. zatvoreni univerzum u kome je vrednost gustine materije veća od 1, ?>1. Drugi model, predstavljen u vidu zakrivljene geometrije sedla, jeste univerzum otvorenog tipa u kome će proctor, pod dejstvom kosmološke konstante ?, nastaviti da se večno širi. Vrednost gustine materije u ovom tipu univerzuma manja je od 1, ?<1. Treći model predstavlja geometriju “ravnog” univerzuma u kome je vrednost gustine materije 1, ?=1.

Prema ovom modelu, ekspanzija prostora će se večno usporavati ali kosmološka konstanta nikada neće dostići vrednost koja je tačno nula, što znači da će univerzum ovog tipa večno usporavati širenje. Nedavna osmatranja kosmičkog pozadinskog zračenja i proračuni gustine materije u kosmosu upućuju na to da živimo u ovom tipu univerzuma. Prostor u prvom modelu odlikuje se pozitivnom zakrivljenošću i u njemu je zbir uglova u troglu veći od 180o. U drugom modelu, prostor poseduje negativnu zakrivljenost tako da je zbir uglova manji od 180o. Konačno, treći model predstavlja nultu zakrivljenost prostora u kojoj zbir uglova iznosi tačno 180o.

Budućnost našeg univerzuma zavisi od tri parametra, odnosno od vrednosti gustine materije (?), Hablove konstante koja određuje stopu širenja svemira (H) i od kosmološke konstante, odnosno od negativne energije vakuuma, koja predstavlja podvrstu jednog opštijeg pojma naime, tzv. tamne energije, koja uzrokuje širenje prostora u našem kosmosu (?).

Na osnovu ovih vrednosti predložena su tri modela kosmosa koji su predstavljeni na slici; H. Hablova konstanta, koja je ime dobila po Edvinu Hablu koji je prvi odredio stopu širenja našeg univerzuma, predstavlja stopu širenja svemira; ?. Omega predstavlja vrednost gustine materije u univerzumu. Ova vrednost se odnosi i na tamnu materiju čija priroda zasad nije poznata; ?. Lambda predstavlja kosmološku konstantu ili energiju vakuuma koja izaziva ekspanziju prostora, odnosno tzv. tamnu energiju sa čijom prirodom još uvek nismo dovoljno upoznati.

Proračun ovih vrednosti može dati model univerzuuma u kojem živimo. Konačna sudbina univerzuuma zavisi od ovih modela. Naime, tzv. zatvoreni model, koji ima geometriju sfere, podrazumeva da živimo na trodimenzionalnoj zakrivljenoj površini sfere plus dimenzija vremena. Širenje ovog tipa univerzuma će se, nakon određenog vremena, zaustaviti jer je vrednost gustine materije u ovom modelu veća od 1.

Pojednostavljeno, materija je svojim privlačnim gravitacionim dejstvom zakrivila prostor-vreme u sferu koja je konačna. Nakon što se širenje univerzuma zaustavi, započeće njegovo sažimanje koje će na kraju dovesti do toga da sva materija i energija ovog modela bude sabijene u početni singularitet iz kojeg je, po teoriji Velikog praska, univerzuum i nastao. Da li će ovo sažimanje izazvati novo širenje koje bi predstavljalo novi ciklus, ostaje pitanje koje bi moglo imati implikacije po topologiju vremena. Vreme bi, u slu čaju zatvorenog modela, i samo bilo zatvoreno. Ono bi se okončalo u novom velikom sažimanju, što je implicirano teorijom Velikog praska, nezavisno od toga da li bi nakon tog kraja sledio hipotetički novi početak.

U otvorenom i ravnom modelu univerzuma (ova dva modela bi imala istu topologiju poluprave, tj. vreme bi počelo u Velikom prasku ali se nikada ne bi okončalo u velikom sažimanju koje bi predstavljalo kraj vremena u univerzumu zatvorenog tipa) i samo vreme bi bilo “otvoreno”. Ovo zna či da bi vreme bilo beskonačno jer u ovim modelima u univerzumu nema dovoljno materije koja bi zaustavila širenje kosmosa i na kraju prouzrokovala njegovo sažimanje koje bi na kraju okončalo i samo vreme u početnom singularitetu.

Navedeni modeli kosmosa, uprkos tome što podrazumevaju nestandardnu topologiju vremena koja se odlikuje početkom i/ili krajem, predstavljaju linearne topološke modele. Multiverzum odstupa i od ove slike i, u slučaju mnoštva univerzuma, treba prihvatiti tezu da je i samo vreme razgranato - što sledi iz Ajnštajnove teorije u kojoj prostor i vreme čine nerazdvojivi kontinuum. Egzistencija multiverzuma bi podrazumevala vreme koje bi zapravo imalo beskonačno mnogo početaka.

Multiverzum i razgranata topologija vremena

Implikacija teorije večne haotične inflacije glasi da se Veliki prasak, koji predstavlja trenutak kada je usled kvantnih fluktacija u tzv. kvantnoj peni došlo do nasumične inflacije jedne oblasti, nije dogodio samo jednom. Odatle sledi da postoji multiverzum koji se sastoji od pojedinačnih univerzuma od kojih je svaki nastao u Velikom prasku. A iz Teorije opšte relativnosti sledi da svaki univerzum koji čini dati multiverzum ili superverzum, čini jedinstveni prostor-vremenski kontunuum. U tom slučaju, ukoliko bi se navedena teorija pokazala kao relevantna, nužan i dovoljan uslov razgranate topologije vremena predstavljala bi činjenica da pojedinačni univerzumi imaju zajednički početak, tj. da predstavljaju regione koji su zajedno prošli kroz period inflacije, bez obzira što se kasnije njihova evolucija odvijala na zaseban način.

Model multiverzuma koji se nalazi u stanju večne inflacije treba da ima beskonačnu budućnost ali teorija nije u stanju da objasni početak multiverzuma u smislu da je potrebna sasvim nova fizika koja bi opisala granične uslove koji su vladali na početku. Ovo pitanje bi se moglo rešiti ukoliko je topologija vremena u multiverzumu razgranata bez jednog tačno određenog početka. U tom slučaju trebalo bi odbaciti koncept linearnog vremenskog kontinuuma. Naime, Ajnštajnova teorija implicira prostor-vremenski kontinuum koji povlači da se topologijom vremena ne možemo baviti nezavisno od toga koji smo kosmološki model usvojili. Osim toga, teorijski model multiverzuma u saglasnosti je sa većinom kosmoloških teorija i nudi zanimljiva predviđanja i objašnjenja. Ukoliko se prihvati egzistencija jednog ovakvog skupa univerzuma, mora se prihvatiti i razgranata topologija vremena koja bi predstavljala jednu nestandardnu sliku u kojoj vreme ne predstavlja linearni kontinuum već poseduje beskonačan broj početaka. To upućuje na teoriju večne inflacije pošto nastankom svakog novog univerzuma nastaje i nova istorija s obzirom da prostor i vreme predstavljaju neodvojivu celinu.

Slika koju imamo o vremenu, nezavisno od naučnih teorija, podrazumeva da je vreme beskonačno, odnosno da nema početka ni kraja. Takva slika mogla bi da se opiše linearnom topologijom, odnosno topologijom prave koja nema ni početak ni kraj. Ova slika je u saglasnosti sa teorijama večnog stanja univerzuma koje nisu u saglasnosti sa našim opažanjem. U slučaju modela koji je opisan putem Teorije Velikog praska, mora se prihvatiti teza da je vreme imalo početak u jednom trenutku, što pak povlači da je topologija vremena u našem univerzumu takva da, u geometrijskom smislu, odgovara polupravoj jer najnovija osmatranja upućuju na to da živimo u univerzumu koji će nastaviti sa ekspanzijom, iz čega sledi da vreme neće imati kraj.

Ono što je važno za razmatranje jeste činjenica da, ukoliko uzmemo u obzir implikacije savremenih kosmoloških teorija, kao što je teorija večne haotične inflacije, mi zapravo živimo u kosmosu koji predstavlja jedan element čitavog skupa pojedinačnih univerzuma.

Pretpostavimo da je naš univerzum samo jedan element mnogo većeg, možda beskonačnog skupa koji predstavlja multiverzum (svaki univerzum predstavlja kontinuum po sebi). Nužni uslov da pomenuti pojedinačni univerzumi čine multiverzum čija bi topologija vremena, u celosti gledano, bila razgranata jeste da pomenuti univerzumi budu u uzročno-posledičnoj vezi, odnosno da imaju jednu zajedničku tačku u svojoj istoriji. Ovaj “trenutak” predstavljao bi trenutak njihove nasumi čne geneze iz matičnog prostor-vremena, čiji su regioni, zahvaljujuću kvantnim fluktuacijama energije vakuuma, kako to implicira teorija večne haotične inflacije, prošli kroz stadijum širenja dok nisu dostigli dimenzije poput našeg kosmosa. Zavisno od vrednosti gornjih parametara, poput energije vakuma ili gustine materije, neki univerzumi bi se urušili u sebe pre nego što bi se u njima stvorili uslovi za kondenzovanje materije iz koje će kasnije nastati zvezde i galaksije. Mi, dakle, živimo u univerzumu koji bi mogao da predstavlja tzv. “arhipelag nastanjivosti”.

Nužan uslov za razgranatu topologiju vremena jeste zajednička tačka u prošlosti koja bi bila zajednička za sve pojedinačne univerzume, bez obzira da li se oni nalaze u kauzalnoj vezi putem crnih rupa ili ne. Tako su za uvođenje pojma razgranate topologije vremena sasvim dovoljne i implikacije teorije večne haotične inflacije, kao što je predstavljeno na slici, na kojoj od tačke razdvajanja međusobni univerzumi više nisu u kauzalnom odnosu.

Razgranata topologija vremena

Teorija multiverzuma rešava brojne probleme, počev od antropičkih koincidencija do poznatih paradoksa u filozofiji vremena koji su vezani za putovanje kroz vreme. Sve ovo govori da možda drugi univerzumi neće večno biti skriveni od nas ili od neke druge napredne rase koja bi mogla da ih opazi na pomenuti način, kao što postoji i mogućnost da u budućnosti u laboratoriji budemo u stanju da opazimo efekte pomenutih univerzuma.

U kosmologiji i fizici čestica se spekuliše o mogućnosti da će eksperimenti koji će biti sprovedeni u LHC akceleratoru otkriti sasvim novu fiziku koja bi potvrdila teorije koje impliciraju postojanje multiverzuma.

Vladimir Jeftić

1) Najpozantiji paradoks koji se tiče putovanja kroz vreme jeste tzv. Paradoks dede koji podrazumeva nemogu ćnost povratka u prošlost i ubistva sopstvenog dede pre nego što je vaš otac i začet. Teorija multiverzuma lako izlazi na kraj sa ovim paradoksom jer ukoliko putujemo kroz vreme mi istovremeno napuštamo našu prostor-vremensku granu tako da posledice naših postupaka ne utiču na naše prostor-vreme.

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja