Jeżeli przyjrzeć się historii ludzkości, to od zawsze zadawaliśmy sobie pytanie, co jest poza granicą znanego nam świata. Co znajduje się poza osadą, okolicą, państwem, wreszcie – kontynentem. Później do tych pytań dołączyliśmy te o to, czy istnieją inne planety i galaktyki. W pewnej chwili naszej historii każde z tych pytań miało odpowiedź przeczącą. Ale pojawili się kolejni śmiałkowie, którzy zapuszczali się coraz dalej. Aż nasz świat zyskał znane nam dzisiaj granice.
Gdy wreszcie zaczęto badać kosmos, nie istniało nic poza Układem Słonecznym. Naukowcy aż do końca XX wieku nie mieli pewności, czy istnieją inne planety niż te słoneczne. Dopiero w 1992 roku Aleksander Wolszczan ogłosił odnalezienie pierwszej planety pozasłonecznej. Od tego czasu coraz lepiej rozumiemy, że żyjemy na kosmicznym okruchu, jakich pełno dokoła.
Co jest poza Wszechświatem?
Wiemy, że istnieją inne od Drogi Mlecznej galaktyki. Wiemy nawet, że galaktyki tworzą ogromne gromady galaktyk. Istnieją też supergromady galaktyk – struktury tak gargantuiczne, że trudno to sobie wyobrazić. Są połączeniem tysięcy gromad galaktyk, a ich wielkość liczona jest w milionach lat świetlnych. Czy w takim razie może istnieć jeszcze coś więcej? Coś, co znajduje się poza granicami wszystkiego?
Jeśli Wszechświat jest wszystkim, co istnieje i nie jest częścią większego multiwersum, to nie ma nic poza nim. Bo skoro samo określenie „wszechświat” oznacza dosłownie wszystkie rzeczy, które mogłyby istnieć w całej przestrzeni i czasie, to nie może istnieć nic poza Wszechświatem.
Nawet jeśli nasz Wszechświat ma jakiś skończony rozmiar i wyobrażamy sobie coś poza tą strukturą, to wszystko, co jest „na zewnątrz”, również musi być włączone do Wszechświata. Nawet pustka mimo wszystko jest czymś. A zatem należy zaliczyć ją do Wszechświata.
Rozszerzanie się Wszechświata
Ale wiemy, że Wszechświat się rozszerza. Czy w takim razie rozszerzając się zagarnia coś, co wcześniej nie było Wszechświatem? Potocznie myślimy o Wielkim Wybuchu i wynikającym z niego rozszerzającym się Wszechświecie jako o zwykłej eksplozji, w której wszystko rozszerza się z centralnego punktu. Ale nie do końca tak to wygląda.
Lepszą analogią jest rozważenie powierzchni nadmuchiwanego balonu. Jego powierzchnia jest dwuwymiarowym odpowiednikiem naszego trójwymiarowego Wszechświata. Rozciągliwy materiał, z którego wykonany jest balon, to przestrzeń.
Załóżmy, że namalowane na balonie kropki są odpowiednikami galaktyk. Co się stanie jeśli nadmuchamy balon? Kropki będą się oddalać w miarę rozszerzania się balonu. Ale tylko dlatego, że struktura (sama przestrzeń) rozszerza się. Nie ma żadnego centralnego punktu dla ekspansji.
Geometria Wszechświata
Kosmolodzy rozważają, czy Wszechświat jest nieograniczony, czy jedynie bardzo rozległy. Astronomowie, by ocenić ten rozmiar, analizują geometrię Wszechświata. Geometria w dużych skalach daje wskazówki odnośnie jego ogólnej formy. Jeśli Wszechświat jest doskonale płaski geometrycznie, może być nieskończony. Jeśli jest zakrzywiony, podobnie jak powierzchnia Ziemi, ma skończoną objętość.
Obecne obserwacje i pomiary krzywizny Wszechświata sugerują, że jest on prawie idealnie płaski. Wydawać by się mogło, że oznacza to nieskończoną rozległość. Jednakże nawet w przypadku płaskiej geometrii kosmos nie musi być bezkresny.
Weźmy np. powierzchnię cylindra. Jest ona płaska z geometrycznego punktu widzenia, gdyż równoległe linie na niej zawsze pozostają równoległe (definicja „płaskości”). Mimo tego ma skończony rozmiar. Podobnie może być w przypadku Wszechświata. Może być całkowicie płaski, a jednak ograniczony.
Pojęcia nieprzystające
Nawet jeśli Wszechświat jest ograniczony, nie musi to oznaczać istnienia krawędzi czy czegoś, co znajduje się na zewnątrz. Istnieje możliwość, że nasz trójwymiarowy Wszechświat jest częścią większej, wielowymiarowej struktury. Taki pomysł pojawia się co pewien czas w różnych modelach fizycznych. Jednak brakuje metod pozwalających sprawdzić tę koncepcję.
Faktem jest, że wydaje się niemożliwe, aby istniał Wszechświat o skończonym rozmiarze, który nie miałby niczego poza sobą. Nawet „nic” nie jest tu pustką w tradycyjnym sensie. Dlatego pytanie „co jest poza wszechświatem?” jest porównywalne do pytania „jaki dźwięk emituje kolor fioletowy?”. Jest bezsensowne, bo próbujemy zestawić dwa zupełnie niepowiązane pojęcia.
Może być także możliwe, że nasz Wszechświat faktycznie „ma coś poza sobą”. Ale równie dobrze może tak nie być. W matematyce nie istnieje nic, co opisałoby Wszechświat i coś istniejącego poza nim.
Nawet jeśli nasze rozważania wydają się jałowe, bo nie do sprawdzenia w formie eksperymentalnej, zawsze pozostają nam wyliczenia. Głównym celem rozwijania wyrafinowanej matematyki jest stworzenie narzędzi, które pozwalają nam radzić sobie z koncepcjami wykraczającymi poza to, co jesteśmy w stanie sobie wyobrazić. To jedna z korzyści współczesnej kosmologii: umożliwia nam badanie tego, co niepojęte.
Multiwersum, czyli wiele wszechświatów
Czy to znaczy, że Wszechświat nie ma żadnego kresu? Profesor Roger Penrose, matematyk z Oxfordu i laureat Nagrody Nobla uważa, że nasz Wszechświat nie jest pierwszym, który istniał. Nie jest też ostatnim. Wielki Wybuch był tylko punktem zwrotnym, chwilą narodzin Wszechświata, w jakim żyjemy. O tym, że istniały kiedyś inne, mają świadczyć tzw. Hawking points, czyli szczątki czarnych dziur sprzed Wielkiego Wybuchu. Przeżyły swoje własne wszechświaty, ale teraz ich życie zbliża się do końca.
A co, jeśli nasz Wszechświat nie tylko nie jest pierwszy ani ostatni, ale nawet jedyny? Pojawienie się koncepcji multiwszechświata (multiwersum) związane jest z różnymi dziedzinami fizyki i filozofii. Jednak najbardziej znany przykład pochodzi z teorii inflacji, czyli bardzo szybkiego rozszerzania się przestrzeni kosmicznej. Inflacja znanego nam Wszechświata zakończyła się około 14 miliardów lat temu. Jednakże istnieje możliwość, że w niektórych regionach inflacja nadal trwa.
W tych regionach powstawałyby więc nowe wszechświaty. Mogą być one „odcięte” od większych, rozdętych wszechświatów. Całość tworzy niekończące się morze wiecznej inflacji, wypełnione indywidualnymi wszechświatami.
W ramach tego nieustannie dziejącego się scenariusza inflacji każdy wszechświat miałby swoje własne prawa fizyki, własny zestaw cząstek, własne układy sił i własne wartości fundamentalnych stałych. To może wyjaśniać, dlaczego nasz Wszechświat ma takie, a nie inne właściwości. Zwłaszcza te, które są trudne do wyjaśnienia za pomocą fizyki fundamentalnej, takie jak ciemna materia czy stała kosmologiczna.
Według niektórych badaczy jednym z największych dowodów na istnienie multiwszechświata jest samo istnienie życia. Zwłaszcza inteligentnego życia zdolnego do przeprowadzania obserwacji kosmologicznych. Istnieją pewne cechy naszego Wszechświata, które wydają się kluczowe dla utrzymania życia. Takie jak długowieczność gwiazd czy obfitość węgla. Innymi słowy, aby życie mogło istnieć, bardzo wiele rzeczy musi się idealnie ułożyć w naszym Wszechświecie.
Za to w multiwersum istnieje wystarczająco dużo możliwości, aby przynajmniej jeden wszechświat miał warunki sprzyjające życiu. Pomimo to, teoria ta nie jest szeroko akceptowana. Większość naukowców pozostaje sceptyczna wobec koncepcji multiwszechświata.
