Παράλληλα Σύμπαντα
Μέρος 5ο 

Του Max Tegmark, από το περιοδικό Scientific American, Ιούνιος 2003

Δεν είναι επιστημονική φαντασία, Η ύπαρξη άλλων Συμπάντων είναι μια άμεση συνέπεια των κοσμολογικών παρατηρήσεων. 

Το δύσκολο μέρος είναι πως να συνδέσουμε αυτή την κυματοσυνάρτηση με όσα παρατηρούμε. Πολλές επιτρεπόμενες κυματοσυναρτήσεις αντιστοιχούν σε καταστάσεις παράλογες όπως π.χ στο γνωστό παράδειγμα μιας γάτας μέσα σ' ένα κιβώτιο, η οποία θα μπορούσε να είναι και νεκρή και ζωντανή, καθώς η κυματοσυνάρτησή της είναι μια επαλληλία των δύο καταστάσεων νεκρή/ζωντανή. Οι φυσικοί κατά τη δεκαετία του 1920 ήραν αυτό το παράδοξο δεχόμενοι αξιωματικά ότι η κυματοσυνάρτηση κατέρρεε σε κάποιο συγκεκριμένο κλασσικού τύπου αποτέλεσμα, όταν κάποιος έκανε μια παρατήρηση στο σύστημα. Αυτή η επινόηση της κατάρρευσης της κυματοσυνάρτησης είχε το προτέρημα να εξηγεί μεν τις παρατηρήσεις, αλλά μετέτρεπε μια κομψή "μοναδιαία" θεωρία σε μια σκοτεινή "μη μοναδιαία" θεωρία αν θέλαμε να περιλάβουμε και τις μετρήσεις σ' αυτήν. Η εσωτερική τυχαιότητα, η οποία συχνά αποδίδεται στην κβαντομηχανική είναι ακριβώς το αποτέλεσμα αυτού του πρόσθετου αξιώματος. 

Με την πάροδο των ετών, πολλοί φυσικοί εγκατέλειψαν αυτή την οπτική γωνία προς χάριν μιας άλλης που αναπτύχθηκε το 1957 από ένα τελειόφοιτο σπουδαστή του Princeton, τον Hugh Everett. Αυτός έδειξε ότι το αξίωμα της κατάρρευσης δεν είναι αναγκαίο. Η ανόθευτη με το αξίωμα της κατάρρευσης κβαντική θεωρία δεν έχει στην πραγματικότητα αντινομίες. Αν και προβλέπει ότι μια κλασσική πραγματικότητα χωρίζεται σε υπερθέσεις πολλών τέτοιων πραγματικοτήτων, οι παρατηρητές υποκειμενικά βιώνουν αυτό τον διαχωρισμό σαν μια ελαφρά τυχαιότητα, όπου οι πιθανότητες είναι σε ακριβή συμφωνία με αυτές που προβλέπονταν από το παλιό αξίωμα της κατάρρευσης. Αυτή η υπέρθεση των κλασσικών κόσμων είναι το Πολυσύμπαν επιπέδου ΙΙΙ. 

Η ερμηνεία των πολλών κόσμων του Everett, τάραξε τα νερά μέσα κι έξω από την κοινότητα των φυσικών για περισσότερες από 4 δεκαετίες. Αλλά η θεωρία γίνεται πιο εύκολα κατανοητή αν κάποιος κάνει τη διάκριση μεταξύ των δύο τρόπων αντιμετώπισης μιας φυσικής θεωρίας: Η εξωτερική εικόνα που έχει ένας φυσικός ο οποίος μελετά τις μαθηματικές της εξισώσεις, όπως ένα πουλί που εξετάζει από ψηλά το έδαφος, και η εσωτερική όψη που έχει ένας παρατηρητής ο οποίος ζει μέσα στον κόσμο που περιγράφεται από τις εξισώσεις, όπως ένας βάτραχος ζει μέσα στην περιοχή που βλέπει το πουλί από ψηλά.  

Από τη σκοπιά του πουλιού, το Πολυσύμπαν επιπέδου ΙΙΙ είναι απλό. Υπάρχει μόνο μια κυματοσυνάρτηση. Αυτή εξελίσσεται ομαλά και ντετερμινιστικά με τον χρόνο χωρίς κανένα είδος διαχωρισμού ή παράλληλης εξέλιξης. Ο αφηρημένος κβαντικός κόσμος που περιγράφεται από αυτήν την εξελισσόμενη κυματοσυνάρτηση περιέχει εντός αυτού έναν τεράστιο αριθμό από παράλληλες κλασσικές ιστορικές πορείες, οι οποίες συνεχώς διαχωρίζονται και συγχωνεύονται, καθώς κι έναν αριθμό από κβαντικά φαινόμενα που δεν έχουν κλασσική περιγραφή. Από τη σκοπιά του βάτραχου όμως οι διάφοροι παρατηρητές αντιλαμβάνονται μόνον ένα μικροσκοπικό κλάσμα από αυτή την πλήρη πραγματικότητα. Μπορούν να βλέπουν το δικό τους Σύμπαν επιπέδου Ι, αλλά μια διαδικασία που καλείται αποσυμβολή (decoherence), - η οποία μιμείται την κατάρρευση της κυματοσυνάρτησης που είδαμε παραπάνω, αλλά διατηρεί τη "μοναδιαία" ιδιότητα στο χώρο Hilbert της κβαντικής θεωρίας - εμποδίζει τους παρατηρητές αυτούς να δουν τα παράλληλα αντίγραφα επιπέδου ΙΙΙ των εαυτών τους. 

Οποτεδήποτε ζητηθεί από τους παρατηρητές, να πάρουν μια γρήγορη απόφαση και να δώσουν μια απάντηση, τα κβαντικά φαινόμενα στο μυαλό τους τους οδηγούν σε μια υπέρθεση αποτελεσμάτων, όπως λ.χ. "Συνέχισε να διαβάζεις αυτό το άρθρο" και "Σταμάτησε το διάβασμα αυτού του άρθρου". Από τη σκοπιά του πουλιού, η πράξη της λήψης μιας απόφασης κάνει ένα πρόσωπο να διαχωρίζεται σε πολλαπλά αντίγραφα. Ένα το οποίο συνεχίζει να διαβάζει και ένα που σταματάει. Από τη σκοπιά του βάτραχου όμως, καθένας από αυτούς τους εναλλακτικούς εαυτούς δεν γνωρίζει την ύπαρξη των άλλων και σημειώνει τον διαχωρισμό, μόνο ως μια πράξη ελαφράς τυχαιότητας. Δηλαδή αποδίδει μια πιθανότητα στο να συνεχίσει το διάβασμα και μια άλλη πιθανότητα να το σταματήσει. 

Όσο παράξενο και αν ακούγεται αυτό, η ίδια ακριβώς κατάσταση συμβαίνει και στο Πολυσύμπαν επιπέδου Ι. Έχετε προφανώς αποφασίσει να συνεχίσετε να διαβάζετε το άρθρο, αλλά ένα από τα αντίγραφά σας σ' ένα μακρινό γαλαξία, παράτησε την ανάγνωση μετά την πρώτη παράγραφο. Η μόνη διαφορά μεταξύ του επιπέδου Ι και του επιπέδου ΙΙΙ είναι που κατοικεί ο σωσίας σας. Στο επίπεδο Ι κατοικεί οπουδήποτε μέσα στον παλιό κλασσικό τρισδιάστατο χώρο. Στο επίπεδο ΙΙΙ ζει σε κάποιο άλλο κβαντικό κλάδο του χώρου Hilbert με τις άπειρες διαστάσεις του.  

Η ύπαρξη του επιπέδου III εξαρτάται από μια κρίσιμη παραδοχή: Ότι η χρονική εξέλιξη της κυματοσυνάρτησης είναι μοναδιαία. Μέχρι τώρα τα πειραματικά δεδομένα δεν δείχνουν αποκλίσεις από την μοναδιαία ιδιότητα. Κατά τις τελευταίες δεκαετίες, οι πειραματικοί έχουν επιβεβαιώσει τη μοναδιαία ιδιότητα σε όλο και μεγαλύτερα συστήματα, τα οποία περιλαμβάνουν τις δομές  τύπου lbuckyball από 60 μόρια άνθρακα, και οπτικές ίνες μήκους χιλιομέτρου. Στο θεωρητικό έδαφος η υπόθεση του μοναδιαίου έχει ενισχυθεί με την ανακάλυψη της αποσυμβολής. (βλέπε και το άρθρο "100 χρόνια κβαντικών μυστηρίων" από τους Max Tegmark και John Archibald Wheeler; Scientific American, Φεβρουάριος 2001). Μερικοί θεωρητικοί που εργάζονται στην κβαντική βαρύτητα έχουν αμφισβητήσει την μοναδιαία ιδιότητα. Μια τέτοια περίπτωση είναι η εξάτμιση των μαύρων οπών, η οποία μπορεί να καταστρέφει την πληροφορία. Κάτι τέτοιο θα ήταν μη μοναδιαία διαδικασία. Μια πρόσφατη όμως εξέλιξη στη θεωρία χορδών, γνωστή ως αντιστοιχία AdS/CFT, υπαινίσεται ότι ακόμη και η κβαντική βαρύτητα είναι μοναδιαία. Αν είναι έτσι, οι μαύρες οπές δεν καταστρέφουν την πληροφορία αλλά την διοχετεύουν κάπου αλλού.