Die Idee des Multiversums 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 andere Version von dir zu stoßen … Oder irgendetwas aus einem anderen Universum. (Lee Davy / flickr)

Fragen Sie Ethan: Warum sind wir noch keinem anderen Universum begegnet?

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 in einem gewaltigen Ausmaß aus. Wenn wir Milliarden von Lichtjahren entfernt sind, können wir Milliarden von Jahren in unsere alte Vergangenheit blicken und Hinweise auf sich neu bildende Planeten, Sterne und Galaxien finden. Wir haben so weit zurückgesehen, dass wir Gaswolken identifiziert haben, die noch keinen einzigen Stern gebildet haben, und Galaxien aus der Zeit gefunden haben, als das Universum nur 3% seines gegenwärtigen Alters hatte. Am spektakulärsten ist das übrig gebliebene Leuchten des Urknalls aus einer Zeit zu sehen, 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 möchte Rod Russo wissen:

Wenn die Multiversumstheorie wahr ist, sollte unser expandierendes Universum nicht schon auf ein anderes Universum gestoßen sein? Immerhin ist unser Universum inzwischen so groß, dass manche es als „unendlich“ bezeichnen.

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 im Multiversum isoliert und allein sein.

Künstlerische logarithmische Skalenkonzeption des beobachtbaren Universums. Beachten Sie, dass wir nur eine begrenzte Zeitspanne zur Verfügung haben, die seit dem heißen Urknall vergangen ist: 13,8 Milliarden Jahre oder (einschließlich der Ausdehnung des Universums) 46 Milliarden Lichtjahre. Jeder, der in unserem Universum lebt, würde von seinem Standpunkt aus fast genau dasselbe sehen. (Wikipedia-Benutzer Pablo Carlos Budassi)

Obwohl es eine Menge Hype und Kontroversen gibt, gibt es eine extrem starke physische Motivation für die Existenz des Multiversums. Wenn Sie zwei unserer Leitideen über die Funktionsweise des Universums, die kosmische Inflation und die Quantenphysik kombinieren, ist es so gut wie unausweichlich, dass wir zu dem Schluss kommen, dass unser Universum in einem Multiversum liegt. Eine andere Schlussfolgerung ist, dass jedes einzelne Universum, das geschaffen wird - jeder heiße Urknall, der folgt - sofort und für immer kausal von allen anderen getrennt ist, für immer in die Zukunft. Hier erfahren Sie, wie dies geschieht und wie wir es wissen.

Das expandierende Universum voller Galaxien und der komplexen Struktur, die wir heute beobachten, entstand aus einem kleineren, heißeren, dichteren und gleichmäßigeren Zustand. Was aber 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 Add-On zum Urknall und lieferte erfolgreich einen Mechanismus, um zu erklären, warum dies unter bestimmten Bedingungen begann. Insbesondere gab die Inflation eine Antwort auf die Fragen von:

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

Gleichzeitig werden neue Vorhersagen getroffen, die getestet werden könnten. Diese Vorhersagen umfassten ein spezifisches Spektrum für die Dichtefluktuationen, mit denen das Universum geboren wurde, eine maximale Temperatur, die das Universum in den frühen Stadien des heißen Urknalls erreichte, die Existenz von Fluktuationen auf Skalen, die größer als der kosmische Horizont waren, und ein bestimmtes Spektrum von Schwankungen der Gravitationswelle. Bis auf das letzte Mal wurden alle Beobachtungen bestätigt.

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

Was kosmische Inflation genau ist, ist eine Zeit vor dem Urknall, in der das Universum von der Energie beherrscht wird, die dem Raum selbst innewohnt. Anders als heute, wo der Wert der Dunklen Energie extrem klein ist, ist die Inflation extrem groß: Sie ist 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 bedeutete, dass kontinuierlich und schnell neuer Raum geschaffen wurde. Wenn sich die Größe des Universums nach einer bestimmten Zeitspanne verdoppelt hat, wäre es nach dem Zehnfachen dieser Zeitspanne in allen Dimensionen 2¹⁰ oder mehr als 1000 Mal so groß. In kürzester Zeit würde jede nicht flache, Materie enthaltende Region des Raums von der Ebene nicht mehr zu unterscheiden sein und alle Materieteilchen würden weggeblasen, so dass sich niemals zwei treffen würden.

Durch das Aufblasen vergrößert sich der Raum exponentiell, was sehr schnell dazu führen kann, dass ein bereits vorhandener gekrümmter Raum flach erscheint. (E. Siegel (L); Ned Wrights Kosmologie-Tutorial (R))

Andererseits muss die Inflation irgendwann ein Ende haben. Die dem Raum innewohnende Energie kann nicht für immer dort bleiben, sonst hätte der Urknall niemals stattgefunden, und das Universum, wie wir es kennen, wäre niemals entstanden. Irgendwie muss diese Energie aus dem Raum selbst in Materie und Strahlung umgewandelt werden. Eine gute Möglichkeit, dies zu visualisieren, besteht darin, die Inflation als ein Feld zu betrachten, das auftritt, wenn sich ein Ball oben auf einem Hügel befindet. Solange der Ball hoch bleibt, hält die Inflation und diese exponentielle Expansion an. Aber damit die Inflation ein Ende findet, muss jedes Quantenfeld, für das sie verantwortlich ist, aus dem energiereichen, instabilen Zustand herausrollen, der die Inflation in einen energiearmen Gleichgewichtszustand treibt. Dieser Übergang und das „Abrollen“ ins Tal führen dazu, dass die Inflation ein Ende findet und der heiße Urknall einsetzt.

Wenn es zu einer kosmischen Inflation kommt, ist die Energie, die dem Raum innewohnt, so groß wie oben auf diesem Hügel. Während 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 die Funktionsweise eines klassischen Feldes, aber wir haben gerade gesagt, dass die Inflation wie alle physikalischen Felder von Natur aus ein Quantum sein muss. Wie alle Quantenfelder wird es durch eine Wellenfunktion beschrieben, mit der Wahrscheinlichkeit, dass sich diese Welle über die Zeit ausbreitet. Wenn der Wert des Feldes langsam genug den Berg hinunter rollt, ist die Quantenausbreitung der Wellenfunktion schneller als die des Rolls, was bedeutet, dass die Inflation möglicherweise weiter vom Ende entfernt ist und Anlass zur Inflation gibt ein Urknall wie die Zeit vergeht.

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

Da sich der Raum während der Inflation exponentiell ausdehnt, werden im Laufe der Zeit exponentiell mehr Regionen des Raums geschaffen. Die Sache ist, dass die Inflation nicht überall auf einmal enden muss. Unterschiedliche Regionen werden den Wert ihrer Quantenfelder im Laufe der Zeit unterschiedlich stark und in unterschiedliche Richtungen ausbreiten! In einigen Regionen hört die Inflation auf, solange das Feld ins Tal abfällt. In anderen Ländern wird die Inflation jedoch anhalten und immer mehr Raum schaffen, in dem sie weiterhin exponentiell zunimmt.

Überall dort, wo Inflation auftritt (blaue Würfel), entstehen mit jedem Zeitsprung exponentiell mehr Regionen im Raum. Selbst wenn es viele Würfel gibt, in denen die Inflation aufhört (rotes X), gibt es weit mehr Regionen, in denen die Inflation auch in Zukunft anhalten wird. Die Tatsache, dass dies niemals ein Ende findet, macht die Inflation „ewig“, sobald sie beginnt. (E. Siegel / Jenseits der Galaxis)

Hierher kommt das Phänomen der ewigen Inflation und die Idee eines Multiversums. Wo die Inflation aufhört, bekommen wir einen heißen Urknall und ein Universum, von dem wir einen Teil beobachten können, der unserem sehr ähnlich ist. (Mit dem roten "X" oben gekennzeichnet.) In den Regionen, in denen ein heißer Urknall auftritt, hört die Inflation jedoch nicht auf, und die exponentielle Expansion setzt sich fort. In diesen Regionen wird mehr Inflationsraum erzeugt, wodurch die Regionen, in denen die Inflation endete, schneller auseinandergetrieben werden, als sie expandieren können. Dies führt zu anderen Regionen, die heiße Urknalle haben werden, aber jeder einzelne von ihnen wird im Moment des heißen Urknalls und für immer in der Zukunft kausal von unserem eigenen getrennt sein.

Während man davon ausgeht, dass viele unabhängige Universen in einer aufblasenden Raumzeit entstehen, endet die Inflation nie überall auf einmal, sondern nur in bestimmten, unabhängigen Bereichen, die durch einen Raum getrennt sind, der sich weiter aufbläst. Hierher kommt die wissenschaftliche Motivation für ein Multiversum und warum keine zwei Universen jemals 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, wie echte Luftblasen, die vom Grund des Ozeans aufsteigen, werden sich im Laufe der Zeit ausdehnen, genauso wie sich unser eigenes Universum ausdehnt. Aber im Gegensatz zum flüssigen Wasser des Ozeans expandiert der „Ozean“ der aufblasenden Raumzeit immer schneller, als sich die Blasen selbst jemals ausdehnen können. Solange sich der Raum zwischen ihnen weiter aufbläst und die Inflation dies für eine Ewigkeit voraussagt, sollten niemals zwei Blasen kollidieren. Anders als das kochende Wasser auf Ihrem Herd versickern die Blasen nicht.

Ein Beispiel für die Idee des Multiversums ist die Darstellung mehrerer unabhängiger Universen, die in einem sich immer weiter ausbreitenden kosmischen Ozean kausal voneinander getrennt sind. (Ozytive / gemeinfrei)

Es wäre eine enorme Überraschung, die den Vorhersagen der Inflation und der Quantentheorie zuwiderläuft, wenn jemals zwei Universen kollidieren würden. Während Kollisionen mit Blasenwänden in unserem Universum möglicherweise ein verräterisches Zeichen hinterlassen, haben wir das übrig gebliebene Glühen des Urknalls eingehend untersucht, und es gibt keine Beweise für eine solche Kollision. Zum Glück für unsere robustesten Theorien des frühen Universums stimmt dies genau mit den Vorhersagen überein. 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 Ask Ethan-Fragen an startswithabang at gmail dot com!

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