Noen tolkninger av kvantemekanikk foreslår at hele universet vårt er beskrevet av en enkelt universell bølgefunksjon som hele tiden deler seg og multipliserer, og produserer en ny virkelighet for enhver mulig kvanteinteraksjon. Det er en ganske dristig uttalelse. Så hvordan kommer vi dit?
En av de tidligste erkjennelsene i kvantemekanikkens historie er at materie har en bølgelignende egenskap. Den første som foreslo dette var den franske fysikeren Louis de Broglie, som hevdet at hver subatomær partikkel har en bølge assosiert med seg, akkurat som lys kan oppføre seg som både en partikkel og en bølge.
Andre fysikere bekreftet snart denne radikale ideen, spesielt i eksperimenter hvor elektroner strødd av en tynn folie før den landet på et mål. Måten elektronene spredte seg på var mer karakteristisk for en bølge enn en partikkel. Men så dukket det opp et spørsmål: Hva er egentlig en bølge av materie? Hvordan ser det ut?
I slekt: Lever vi i en kvanteverden?
Tidlige kvanteteoretikere som Erwin Schrödinger mente at partikler i seg selv ble smurt ut over verdensrommet i form av en bølge. Han utviklet sin berømte ligning for å beskrive oppførselen til disse bølgene, som fortsatt brukes i dag. Men Schrödingers idé fløy i møte med mer eksperimentelle tester. For eksempel, selv om et elektron fungerte som en bølge midt i luften, da det nådde et mål, landet det som en enkelt, kompakt partikkel, slik at det ikke kunne utvides fysisk i verdensrommet.
I stedet begynte en alternativ tolkning å vinne terreng. I dag kaller vi det København-tolkningen av kvantemekanikk, og det er den desidert mest populære tolkningen blant fysikere. I denne modellen eksisterer ikke bølgefunksjonen – navnet fysikere gir til materiens bølgelignende egenskap – egentlig. I stedet er det en matematisk bekvemmelighet som vi bruker for å beskrive en sky av kvantemekaniske sannsynligheter for hvor vi kan finne en subatomær partikkel neste gang vi leter etter den.
Kjeder av sammenfiltring
København-tolkningen har imidlertid flere problemer. Som Schrödinger selv påpekte, er det uklart hvordan bølgefunksjonen går fra en sky av sannsynligheter før måling til rett og slett ikke eksisterer i det øyeblikket vi gjør en observasjon.
Så kanskje det er noe mer meningsfullt med bølgefunksjonen. Kanskje det er like ekte som alle partiklene i seg selv. De Broglie var den første som foreslo denne ideen, men han ble til slutt med i København-leiren. Senere fysikere, som Hugh Everett, så på problemet igjen og kom til de samme konklusjonene.
Å gjøre bølgefunksjonen til en ekte ting løser dette måleproblemet i København-tolkningen, fordi det stopper måling fra å være denne superspesielle prosessen som ødelegger bølgefunksjonen. I stedet er det vi kaller en måling egentlig bare en lang rekke kvantepartikler og bølgefunksjoner som samhandler med andre kvantepartikler og bølgefunksjoner.
Hvis du bygger en detektor og skyter elektroner mot den, for eksempel på subatomært nivå, vet ikke elektronet at det blir målt. Den treffer bare atomene på skjermen, som sender et elektrisk signal (laget av flere elektroner) nedover en ledning, som samhandler med en skjerm, som sender ut fotoner som treffer molekylene i øynene dine, og så videre.
På dette bildet får hver enkelt partikkel sin egen bølgefunksjon, og det er det. Alle partiklene og alle bølgefunksjonene samhandler som de vanligvis gjør, og vi kan bruke kvantemekanikkens verktøy (som Schrödingers ligning) for å lage spådommer for hvordan de vil oppføre seg.
Den universelle bølgefunksjonen
Men kvantepartikler har en veldig interessant egenskap på grunn av deres bølgefunksjon. Når to partikler samhandler, støter de ikke bare mot hverandre; for en kort stund overlapper bølgefunksjonene deres. Når det skjer, kan du ikke ha to separate bølgefunksjoner lenger. I stedet må du ha en enkelt bølgefunksjon som beskriver begge partiklene samtidig.
Når partiklene går hver sin vei, opprettholder de fortsatt denne forente bølgefunksjonen. Fysikere kaller denne prosessen kvanteforviklinger – hva Albert Einstein referert til som “skummel handling på avstand.”
Når vi går tilbake til alle trinnene i en måling, kommer det ut en rekke sammenfiltringer fra overlappende bølgefunksjoner. Elektronet vikler seg sammen med atomene i skjermen, som vikler seg sammen med elektronene i ledningen, og så videre. Selv partiklene i hjernen vår vikler seg inn i Jordmed alt lyset som kommer og går fra planeten vår, helt opp til hver partikkel i universet som vikler seg inn i alle andre partikler i universet.
Med hver nye sammenfiltring har du en enkelt bølgefunksjon som beskriver alle de kombinerte partiklene. Så den åpenbare konklusjonen fra å gjøre bølgefunksjonen virkelig er at det er en enkelt bølgefunksjon som beskriver hele universet.
Dette kalles «mange verdener»-tolkningen av kvantemekanikk. Den får dette navnet når vi spør hva som skjer under observasjonsprosessen. I kvantemekanikk er vi aldri sikre på hva en partikkel vil gjøre – noen ganger kan den gå opp, noen ganger kan den gå ned, og så videre. I denne tolkningen, hver gang en kvantepartikkel samhandler med en annen kvantepartikkel, deler den universelle bølgefunksjonen seg i flere seksjoner, med forskjellige universer som inneholder hvert av de forskjellige mulige resultatene.
Og dette er hvordan du får et multivers. Bare gjennom kvantepartikler som vikler seg inn i hverandre, får du flere kopier av universet skapt om og om igjen hele tiden. Hver og en er identisk, bortsett fra den lille forskjellen i en tilfeldig kvanteprosess. Det betyr at det er flere eksemplarer av deg som leser denne artikkelen akkurat nå, alle nøyaktig det samme bortsett fra noen små kvantedetaljer.
Denne tolkningen har også vanskeligheter – for eksempel, hvordan utspiller seg egentlig denne splittelsen? Men det er en radikal måte å se universet på og en demonstrasjon av hvor kraftig kvantemekanikk er som en teori – det som startet som en måte å forstå oppførselen til subatomære partikler kan styre egenskapene til hele kosmos.
Følg oss på Twitter @Spacedotcom (åpnes i ny fane) eller på Facebook (åpnes i ny fane).