Multivesmír není vědecká fikce. Je to matematický důsledek naší nejlepší teorie o tom, jak vesmír funguje

Začněme kvantovou mechanikou — teorií, která za posledních sto let obstála v každém experimentálním testu, jemuž byla podrobena, a jejíž předpovědi jsou dnes nejpřesněji ověřenými výsledky v celé historii fyziky. Tento úspěch skrývá jeden zásadní problém: fyzici se dodnes neshodují na tom, co rovnice kvantové mechaniky vlastně říkají o realitě.

Měřicí problém a Everettův radikální návrh

V srdci kvantové mechaniky stojí vlnová funkce — matematický objekt popisující pravděpodobnostní stav systému. Elektron před měřením není na konkrétním místě: je v superpozici všech možných poloh najednou. Ale když ho změříte, zaujme jednu konkrétní hodnotu. Jak a proč se to děje — je tzv. problém měření, který zůstává otevřený od dob Nielse Bohra.

Standardní odpověď — Kodaňská interpretace — říká, že vlnová funkce se při měření „zkolabuje" do jednoho stavu. Ale co přesně způsobí kolaps? Vědomý pozorovatel? Přístroj? Interakce s okolím? Kodaňská interpretace odpověď odkládá jako pragmaticky nepodstatnou.

V roce 1957 přišel Hugh Everett III ve své doktorské disertaci na Princetonské univerzitě s radikálně odlišným řešením: vlnová funkce nikdy nekolabuje. Místo toho se při každém kvantovém měření celý vesmír větví — každý možný výsledek se realizuje ve svém vlastním oddělené větvi reality. Podle mnohosvětové interpretace kvantové mechaniky existují všechny výsledky kvantových událostí paralelně — v oddělených, vzájemně nekomunikujících větvích. Nezkolabuje nic. Místo toho vznikají světy.

Tento přístup je matematicky elegantní: nevyžaduje přidání žádného nového mechanismu k základním rovnicím, jen jejich doslovné brání. Zároveň ho dělá záludným. Pokud každé kvantové měření rozštěpí vesmír, pak v průběhu miliard let kosmické evoluce existuje astronomické — de facto nekonečné — množství paralelních historií. Fyzici jako David Deutsch nebo Sean Carroll z Caltechto považují za přirozenou interpretaci teorie. Kritici namítají, že výsledné světy jsou nepozorovatelné a teorie proto není plně falsifikovatelná.

Inflace a bubliny vesmírů

Zcela nezávislá cesta ke stejnému závěru přichází z kosmologie. V roce 1979 přišel fyzik Alan Guth z MIT s teorií inflace — myšlenkou, že vesmír v prvním zlomku sekundy po Velkém třesku prošel mimořádně rychlou exponenciální expanzí, která řešila hned několik záhadných vlastností pozorovaného vesmíru: proč je tak plochý, proč je tak homogenní a proč v něm nejsou magnetické monopoly, které jiné teorie předpovídají.

Inflační teorie prošla od té doby pozoruhodným množstvím experimentálních testů — zejména prostřednictvím měření kosmického mikrovlnného záření CMB — a obstála. Ale přináší s sebou komplikaci: věčnou inflaci. Pokud mechanismus inflace jednou nastartuje, většina modelů předpovídá, že ho nelze uniformně zastavit. V některých oblastech prostoročasu inflace skončí a vznikne „kapsičkový vesmír" — oblast jako ta naše. V jiných oblastech inflace pokračuje dál, produkuje další a další kapsičkové vesmíry, každý s vlastními fyzikálními konstantami.

„Je těžké postavit modely inflace, které nevedou k multivesmíru," řekl Guth v rozhovoru pro Scientific American. „To není nemožné, takže jistě zbývá výzkum. Ale většina inflačních modelů k multivesmíru vede." Pokud je inflace skutečná — a roste množství důkazů, že je — pak existují jiné vesmíry jako přirozená a takřka nevyhnutelná implikace.

Proč na tom záleží: problém jemného doladění

Multivesmír není jen abstraktní filozofický problém. Nabízí odpověď na jeden z nejhlubších záhadných rysů vesmíru: proč jsou fundamentální fyzikální konstanty — rychlost světla, gravitační konstanta, hmotnost elektronu, kosmologická konstanta — nastaveny přesně tak, aby byl vesmír obyvatelný?

Kdyby kosmologická konstanta — energie prázdného prostoru — byla jen nepatrně větší, vesmír by se rozletěl příliš rychle na to, aby mohly vzniknout galaxie a hvězdy. Kdyby bylo silné jaderné přitažení o trochu slabší, atomy by neexistovaly. Fyzici tuto situaci nazývají jemným doladením: vesmír vypadá, jako by byl speciálně upraven pro vznik komplexních struktur a nakonec života. To je znepokojivé.

V multivesmíru zmizí záhada. Pokud existuje obrovské množství vesmírů s různými fyzikálními konstantami — produkt věčné inflace nebo kvantového větvení — pak je statisticky nevyhnutelné, že některé budou mít hodnoty vhodné pro komplexní struktury. My se nutně nacházíme v jednom z nich, protože jinak bychom nebyli. Toto vysvětlení, nazývané antropickým principem, z doladění dělá statistický artefakt, nikoli záhadu vyžadující vysvětlení.

Kde jsou limity teorie

Je třeba říct, co multivesmír není. Není přímým empirickým faktem — paralelní vesmíry jsou v principu nepozorovatelné, protože z definice se světelný kužel naší kauzální oblasti nemůže rozšířit za hranice vlastního vesmíru. Tím se otevírá filosfická otázka, zda jde vůbec o vědeckou teorii ve falzifikovatelném smyslu.

Část fyzikální komunity se staví skepticky. Kritici jako Paul Steinhardt — jeden z původních autorů inflační teorie — tvrdí, že pokud multivesmír připouští jakýkoli výsledek, nepředpovídá nic. Zastánci odpovídají, že hodnotíme teorii podle předpovědí, které testovat lze, ne podle těch, které testovat nelze — a inflace takové předpovědi dělá velmi dobře. Věčná inflace je pak jejím důsledkem, ne přidaným axiomem.

Někteří fyzici hledají nepřímé stopy: snad anomálie v kosmickém mikrovlnném záření CMB, způsobené kolizemi našeho vesmíru s jinými bubliny v raných epochách. Hawking a Hertog v roce 2018 navrhli verzi teorie, která snižuje „inflaci na nekonečně" a dělá predikce testovatelné gravitačními vlnami.

Výsledek je fyzikálně poctivý: multivesmír je vážnou vědeckou hypotézou s konkrétním matematickým původem ve dvou dobře potvrzených teoriích. Není to spekulace a není to fikce. Je to místo, kam rovnice ukazují — a fyzici se přou o to, zda je vůbec možné najít mapu vedoucí zpátky k důkazu.