Die Multiversum-Idee besagt, dass es eine willkürlich große Anzahl von Universen wie unsere gibt, aber das bedeutet nicht unbedingt, dass es eine andere Version von uns gibt, und es bedeutet sicherlich nicht, dass es eine Chance gibt, auf eine alternative Version von sich selbst zu stoßen … Oder irgendetwas aus einem anderen Universum. (Lee Davy / flickr)

Fragen Sie Ethan: Warum sind wir noch nicht in ein anderes Universum gestoßen?

Wenn das Multiversum real ist, warum ist unser Universum in einem Meer unendlicher Möglichkeiten nicht mindestens einmal auf ein anderes gestoßen?

Das Universum, in dem wir leben, ist riesig, voller Materie und Energie und dehnt sich mit einer enormen Geschwindigkeit aus. Wenn wir Milliarden von Lichtjahren entfernt schauen, können wir Milliarden von Jahren in unserer alten Vergangenheit sehen und Hinweise auf neu gebildete Planeten, Sterne und Galaxien finden. Wir haben so weit zurück gesehen, dass wir Gaswolken identifiziert haben, die noch nie einen einzigen Stern gebildet haben, und Galaxien gefunden haben, als das Universum nur 3% seines gegenwärtigen Alters betrug. Am spektakulärsten ist, dass wir tatsächlich das übrig gebliebene Leuchten des Urknalls aus einer Zeit sehen können, als das Universum nur 380.000 Jahre alt war. Trotz all dieser kosmischen Ungeheuerlichkeit haben wir nie Beweise dafür gefunden, dass unser Universum in diesem riesigen Multiversum auf ein anderes gestoßen ist. Warum nicht? Das will Rod Russo wissen:

Wenn die Multiversum-Theorie wahr ist, sollte unser expandierendes Universum dann nicht inzwischen auf ein anderes Universum gestoßen sein? Schließlich ist unser Universum jetzt so groß, dass einige es als „unendlich“ beschreiben.

Dies ist nicht nur das, was die Logik vorschreibt, sondern auch eine Autorität, die Roger Penrose behauptet hat. Aber Penrose - und konventionelle Weisheit - sind hier beide falsch. Unser Universum ist und sollte isoliert und allein im Multiversum sein.

Logarithmische Skalenkonzeption des Künstlers des beobachtbaren Universums. Beachten Sie, dass wir nur begrenzt in der Zeit zurückblicken können, die seit dem heißen Urknall vergangen ist: 13,8 Milliarden Jahre oder (einschließlich der Expansion des Universums) 46 Milliarden Lichtjahre. Jeder, der in unserem Universum an jedem Ort lebt, würde von seinem Standpunkt aus fast genau dasselbe sehen. (Wikipedia-Benutzer Pablo Carlos Budassi)

Obwohl es viel Hype und Kontroversen gibt, gibt es eine extrem starke körperliche Motivation für die Existenz des Multiversums. Wenn Sie zwei unserer führenden Ideen über die Funktionsweise des Universums, die kosmische Inflation und die Quantenphysik, kombinieren, ist es so gut wie unvermeidlich, dass wir daraus schließen, dass unser Universum in einem Multiversum liegt. Mit dabei zu sein ist eine weitere Schlussfolgerung: Jedes einzelne Universum, das erschaffen wird - jeder heiße Urknall, der sich daraus ergibt - ist sofort und für immer kausal von allen anderen getrennt, ewig in die Zukunft. Hier ist, wie das passiert und wie wir es wissen.

Das expandierende Universum voller Galaxien und die komplexe Struktur, die wir heute beobachten, entstanden aus einem kleineren, heißeren, dichteren und einheitlicheren Zustand. Aber was außerhalb des beobachtbaren Universums liegt, kann per Definition nicht beobachtet werden. (C. Faucher-Giguère, A. Lidz und L. Hernquist, Science 319, 5859 (47))

Die kosmische Inflation entstand als Ergänzung zum Urknall und lieferte erfolgreich einen Mechanismus, um zu erklären, warum sie unter bestimmten Bedingungen begann. Insbesondere die Inflation beantwortete die Fragen:

  • warum das Universum überall die gleiche Temperatur hatte,
  • warum es so räumlich flach war,
  • und warum es keine übrig gebliebenen hochenergetischen Relikte wie magnetische Monopole gab,

während gleichzeitig neue Vorhersagen getroffen werden, die getestet werden könnten. Diese Vorhersagen umfassten ein spezifisches Spektrum für die Dichteschwankungen, mit denen das Universum geboren wurde, eine maximale Temperatur, die das Universum in den frühen Stadien des heißen Urknalls erreichte, das Vorhandensein von Schwankungen auf Skalen, die größer als der kosmische Horizont sind, und ein bestimmtes Spektrum von Gravitationswellenschwankungen. Alle diese, mit Ausnahme der allerletzten, wurden seitdem beobachtend bestätigt.

Die Inflation hat den heißen Urknall ausgelöst und das beobachtbare Universum hervorgebracht, zu dem wir Zugang haben, aber wir können nur den letzten winzigen Bruchteil einer Sekunde der Auswirkungen der Inflation auf unser Universum messen. Dies reicht jedoch aus, um uns eine Vielzahl von Vorhersagen zu geben, nach denen wir suchen können, von denen viele bereits durch Beobachtungen bestätigt wurden. (E. Siegel, mit Bildern von ESA / Planck und der DoE / NASA / NSF Interagency Task Force für CMB-Forschung)

Was kosmische Inflation genau ist, ist eine Zeit vor dem Urknall, in der das Universum von der Energie dominiert wird, die dem Raum selbst innewohnt. Anders als heute, wo der Wert der Dunklen Energie extrem klein ist, geht die Inflation davon aus, dass sie extrem groß war: weitaus größer als die Energiedichte, als das Universum in den extrem heißen frühen Stadien nach dem Urknall voller Materie und Strahlung war. Da die Expansion von der dem Raum innewohnenden Energie dominiert wurde, war die Expansionsrate exponentiell, was bedeutet, dass kontinuierlich und schnell neuer Raum geschaffen wurde. Wenn sich die Größe des Universums nach einer bestimmten Zeit verdoppeln würde, wäre es nach zehnmal so viel Zeit in allen Dimensionen 2¹⁰ oder mehr als 1000 mal so groß. In extrem kurzer Zeit würde jeder nicht flache, Materie enthaltende Raumbereich nicht mehr von flach zu unterscheiden sein und alle Materieteilchen würden sich aufblasen lassen, so dass sich niemals zwei treffen würden.

Durch die Inflation wächst der Raum exponentiell, was sehr schnell dazu führen kann, dass bereits vorhandene gekrümmte Räume flach erscheinen. (E. Siegel (L); Ned Wrights Kosmologie-Tutorial (R))

Andererseits muss die Inflation irgendwann ein Ende haben. Die dem Weltraum innewohnende Energie kann nicht für immer dort bleiben, sonst wäre der Urknall niemals eingetreten, und das Universum, wie wir es kennen, wäre niemals entstanden. Irgendwie muss diese Energie aus dem Raumgefüge selbst übertragen und in Materie und Strahlung abgeladen werden. Eine gute Möglichkeit, dies zu visualisieren, besteht darin, die Inflation als ein Feld zu betrachten, das auftritt, wenn sich ein Ball auf einem Hügel befindet. Solange der Ball hoch bleibt, setzt sich die Inflation und diese exponentielle Expansion fort. Damit die Inflation ein Ende findet, muss das Quantenfeld, für das es verantwortlich ist, aus dem hochenergetischen, instabilen Zustand, der die Inflation in einen energiearmen Gleichgewichtszustand treibt, abrollen. Dieser Übergang und das „Abrollen“ ins Tal führen dazu, dass die Inflation ein Ende findet und der heiße Urknall entsteht.

Wenn kosmische Inflation auftritt, ist die dem Weltraum innewohnende Energie groß, da sie sich auf der Spitze dieses Hügels befindet. Wenn der Ball ins Tal rollt, wandelt sich diese Energie in Partikel um. (E. Siegel)

Aber hier ist der Kicker: Was ich gerade beschrieben habe, ist, wie ein klassisches Feld funktioniert, aber wir haben nur gesagt, dass Inflation wie alle physischen Felder ein inhärentes Quantenfeld sein muss. Wie alle Quantenfelder wird es durch eine Wellenfunktion beschrieben, wobei sich die Wahrscheinlichkeit dieser Welle über die Zeit ausbreitet. Wenn der Wert des Feldes langsam genug den Hügel hinunter rollt, ist die Quantenausbreitung der Wellenfunktion schneller als die Roll, was bedeutet, dass die Inflation möglicherweise - sogar wahrscheinlich - weiter vom Ende entfernt ist und zu einer Entstehung führt ein Urknall im Laufe der Zeit.

Wenn Inflation ein Quantenfeld ist, breitet sich der Feldwert über die Zeit aus, wobei verschiedene Regionen des Raums unterschiedliche Realisierungen des Feldwerts vornehmen. In vielen Regionen wird der Feldwert im Talboden landen und die Inflation beenden, aber in vielen weiteren Regionen wird die Inflation willkürlich weit in die Zukunft andauern. (E. Siegel / Jenseits der Galaxis)

Da sich der Raum während der Inflation exponentiell ausdehnt, bedeutet dies, dass im Laufe der Zeit exponentiell mehr Regionen des Raums geschaffen werden. Die Inflation muss nicht überall auf einmal enden. In verschiedenen Regionen wird sich der Wert ihrer Quantenfelder im Laufe der Zeit unterschiedlich stark und in verschiedene Richtungen ausbreiten! In einigen Regionen wird die Inflation ein Ende haben, solange das Feld ins Tal rollt. In anderen Ländern wird die Inflation jedoch anhalten und immer mehr Raum schaffen, in dem sie exponentiell weiter wächst.

Überall dort, wo Inflation auftritt (blaue Würfel), entstehen mit jedem Zeitschritt exponentiell mehr Raumregionen. Selbst wenn es viele Würfel gibt, in denen die Inflation endet (rote X), gibt es weit mehr Regionen, in denen die Inflation auch in Zukunft anhalten wird. Die Tatsache, dass dies niemals zu Ende geht, macht die Inflation „ewig“, sobald sie beginnt. (E. Siegel / Jenseits der Galaxis)

Hierher kommt das als ewige Inflation bekannte Phänomen und die Idee eines Multiversums. Wo die Inflation endet, bekommen wir einen heißen Urknall und ein Universum - von dem wir einen Teil des Universums beobachten können, in dem wir uns befinden - sehr ähnlich wie unser eigenes. (Wird durch das rote „X“ oben gekennzeichnet.) In jeder Region, in der ein heißer Urknall auftritt, endet die Inflation jedoch nicht und die exponentielle Expansion setzt sich fort. In diesen Regionen wird mehr Raum zum Aufblasen erzeugt, wodurch die Regionen auseinandergefahren werden, in denen die Inflation schneller endete, als sie expandieren können. Dies führt zu anderen Regionen, die heiße Urknalle haben werden, aber jede einzelne von ihnen wird im Moment des heißen Urknalls und für immer in der Zukunft kausal von unserer eigenen getrennt sein.

Während vorausgesagt wird, dass viele unabhängige Universen in einer aufblasenden Raumzeit entstehen, endet die Inflation nie überall auf einmal, sondern nur in bestimmten, unabhängigen Bereichen, die durch den Raum getrennt sind, der sich weiter aufbläst. Hier kommt die wissenschaftliche Motivation für ein Multiversum her und warum niemals zwei Universen kollidieren werden. (Karen46 / FreeImages)

Wenn Sie sich das Multiversum als einen riesigen Ozean vorstellen, können Sie sich die einzelnen Universen vorstellen, in denen ein heißer Urknall als kleine Blasen auftritt. Die Blasen werden sich wie echte Luftblasen, die vom Meeresboden aufsteigen, im Laufe der Zeit ausdehnen, genau wie sich unser eigenes Universum ausdehnt. Im Gegensatz zum flüssigen Wasser des Ozeans dehnt sich der „Ozean“ der aufgeblasenen Raumzeit jedoch schneller aus, als sich die Blasen selbst jemals ausdehnen können. Solange sich der Raum zwischen ihnen weiter aufbläst und die Inflation für eine Ewigkeit vorhersagt, sollten niemals zwei Blasen kollidieren. Im Gegensatz zum kochenden Wasser auf Ihrem Herd versickern die Blasen nicht.

Eine Darstellung mehrerer unabhängiger Universen, die in einem sich ständig erweiternden kosmischen Ozean kausal voneinander getrennt sind, ist eine Darstellung der Multiversum-Idee. (Ozytive / Public Domain)

Es wäre eine enorme Überraschung, die der Inflation und den Vorhersagen der Quantentheorie zuwiderläuft, wenn jemals zwei Universen kollidieren würden. Während Blasenwandkollisionen ein verräterisches Zeichen in unserem Universum hinterlassen könnten, haben wir das übrig gebliebene Leuchten des Urknalls detailliert untersucht, und es gibt keine Beweise für eine solche Kollision. Zum Glück für unsere robustesten Theorien des frühen Universums entspricht dies genau den Vorhersagen. Der Grund, warum wir keine Beweise dafür sehen, dass unser Universum mit einem anderen kollidiert, ist, dass unser Universum nie mit einem anderen kollidiert ist, so wie es unsere führenden Theorien vorhersagen. Jeder, der Ihnen etwas anderes sagt, muss ernsthafte Erklärungen abgeben.

Senden Sie Ihre Fragen an Ethan an Startwithabang bei gmail dot com!

Starts With A Bang ist jetzt auf Forbes und dank unserer Patreon-Unterstützer auf Medium neu veröffentlicht. Ethan hat zwei Bücher verfasst, Beyond The Galaxy und Treknology: Die Wissenschaft von Star Trek von Tricorders bis Warp Drive.