Die Multiversum-Idee besagt, dass es unendlich viele Universen wie unsere gibt und unendlich viele mit Unterschieden. Bildnachweis: flickr-Benutzer Lee Davy über https://www.flickr.com/photos/chingster23/11937781733.

Nein, der LHC hat nicht gezeigt, dass wir in einem Multiversum leben

Entschuldigung an alle, die Flash-Fans da draußen sind. Es ist noch nicht Realität.

Dieser Artikel wurde von Sabine Hossenfelder verfasst. Sabine ist eine theoretische Physikerin, die sich auf Quantengravitation und Hochenergiephysik spezialisiert hat. Sie schreibt auch freiberuflich über Wissenschaft.

„Was ist wahrscheinlicher? Dass das Universum nur für uns entworfen wurde oder dass wir das Universum als nur für uns entworfen betrachten? “-Michael Shermer

"Ich habe gelesen, dass die LHC-Leute gezeigt haben, dass wir in einem Multiversum leben!", Sagt meine Mutter, als sie die Tür öffnet. Es war nicht wirklich der Empfang, den ich erwartet hatte. Vor kurzem in den Ruhestand getreten, besucht sie regelmäßig Vorlesungsreihen an der Universität. Meistens findet sie sie nervig niedergeschlagen.

Im Gegensatz zu meinem Bruder, The Engineer Who Will Fix It, haben ich und meine Doktorarbeit in theoretischer Physik noch nie viel genutzt. Aber plötzlich bin ich der Ansprechpartner für "Schwarze Löcher" und "Gravitationswellen" und "Haben Sie gelesen, dass dunkle Materie Krebs verursacht?"

Ich kann meiner Mutter nicht die Schuld für den Multiversum-Unsinn geben - er ist weit verbreitet. Wenn Sie der Meinung sind, dass Scientific American die Multiverse-Hypothese durch „neue physikalische Komplikationen unterstützt“, können Sie von Vox erfahren, dass „Wenn der LHC keine Antworten auf Fragen wie„ Warum sind die Higgs so leicht? “Finden kann, werden Wissenschaftler möglicherweise eine annehmen Mehr Out-of-the-Box-Idee: das Multiversum. “Und laut Business Insider:„ Wenn Supersymmetrie falsch ist, würde dies anderen Theorien mehr Glaubwürdigkeit verleihen, wie der Idee, dass wir in einem Multiversum leben. “

Das Standardmodell der Teilchenphysik. Die Natur muss mehr als das sein. Bildnachweis: Wikimedia Commons-Benutzer Latham Boyle, unter c.c.a.-by-s.a.-4.0.

Das Multiversum - eine mutmaßliche endlose Sammlung von Universen - war einst der Bereich der Science-Fiction, aber jetzt ist es die Wissenschaft. Die Physiker haben vermutet, dass die Naturgesetze in jedem der Universen geringfügig voneinander abweichen und die Möglichkeiten grenzenlos sind. In einigen Universen wären Elektronen viel schwerer als in unseren, oder Atome würden schneller zerfallen, oder die Schwerkraft wäre viel stärker. Wirklich alles könnte passieren.

Nicht nur, dass irgendetwas, was passieren könnte, tatsächlich in einem Universum innerhalb des Multiversums passieren würde, sondern alles, was passieren könnte, würde unendlich oft passieren. Daher enthält das Multiversum auch unendlich viele Universen, die fast genauso sind wie unsere eigenen, einschließlich unseres Planeten und ich und Sie. Aber in einigen dieser anderen Universen hat ein Teilchen der dunklen Materie vor zehn Jahren Krebs hervorgerufen. Mach dir keine Sorgen, dass du aus Versehen Beileid für dein anderes Ich bekommst. Die Universen sind nicht ursächlich miteinander verbunden und ein Informationsaustausch ist nicht möglich.

Das beobachtbare Universum, 46 Milliarden Lichtjahre im Umkreis, innerhalb des größeren, nicht beobachtbaren Universums. Bildnachweis: Wikimedia Commons-Benutzer Frédéric MICHEL und Azcolvin429, kommentiert von E. Siegel.

Viele der anderen Universen würden jedoch keine Lebewesen enthalten, da nicht jede Kombination natürlicher Möglichkeiten für die Gesetze der Physik die Bildung ausreichend komplexer Strukturen zulässt. Ein Universum, das sich zum Beispiel zu schnell ausdehnt oder zu schnell wieder zusammenbricht, würde lediglich eine gut gemischte Suppe aus Elementarteilchen enthalten, die, soweit wir wissen, keine Aufsätze schreiben würde.

Einige Physiker glauben daher, dass ihre Modelle für das frühe Universum zeigen, dass es nicht nur ein Universum, sondern unendlich viele geben würde. Ok, könnte man sagen, komisch genug, aber was hat das mit dem LHC zu tun?

Die Partikelspuren stammen von einer Hochenergiekollision am LHC im Jahr 2014. Bildnachweis: Wikimedia Commons-Benutzer Pcharito, unter einer Lizenz von c.c.a.-by-s.a.-3.0.

Die Verbindung zum LHC kommt zustande, weil theoretische Physiker mit den derzeit besten Naturgesetzen nicht zufrieden sind: dem Standardmodell der Teilchenphysik plus der allgemeinen Relativitätstheorie. Sie wollen es besser machen. Das Standardmodell enthält viele Parameter, für die es keine tiefere Erklärung gibt, und sie hoffen, dass es eine zugrunde liegende - grundlegendere - Theorie gibt, aus der die Parameter berechnet werden können.

Ein Parameter, der theoretische Physiker besonders irritiert, ist die Masse des kürzlich entdeckten Higgs-Bosons. Es ergibt sich ein Wert von ca. 125 GeV. Dieser Wert ist etwas mehr als das 100-fache der Masse eines Protons und klingt für sich genommen ziemlich unauffällig. Das Higgs-Boson ist insofern ein spezielles Teilchen, als es der einzige bekannte (fundamentale) Skalar ist, was bedeutet, dass es Spin Null hat. Infolgedessen erhält die Masse des Higgs-Bosons Korrekturterme aus Quantenfluktuationen, und diese Korrekturterme sind sehr groß - um fast 15 Größenordnungen größer als der beobachtete Wert.

Die Entdeckung des Higgs-Bosons im Di-Photon (γγ) -Kanal am CMS. Bildnachweis: CERN / CMS Collaboration.

Diese großen Quantenkorrekturen an der Masse des Higgs-Bosons können entfernt werden, indem ein neuer Term subtrahiert wird, der fast (aber nicht genau) gleich groß ist, so dass die Differenz die vergleichsweise kleine beobachtete Masse hinterlässt. Dies ist möglich, weil die beobachtete Masse ein Parameter ist, der ohnehin experimentell bestimmt werden muss. Ein solch heikler Abbruch erfordert jedoch eine Feinabstimmung: Sie benötigen zwei Konstanten, die für die ersten 15 Stellen gleich sind und sich dann im 16. unterscheiden. Wenn Sie zwei Zufallszahlen auswählen, ist dies äußerst unwahrscheinlich. Es scheint handverlesen und daher erklärungsbedürftig.

Aus diesem Grund sagen Physiker, dass die geringe Masse des Higgs-Bosons „nicht natürlich“ ist.

Die Higgs-Masse ist der einzige Parameter im Standardmodell, der nicht natürlich ist. Die Physiker haben dies verstanden, lange bevor die Higgs selbst entdeckt wurden, und aus diesem Grund glaubten viele von ihnen, dass der LHC neben den Higgs auch Beweise für neue Physik finden würde. Die neue Physik, so dachten sie, sei notwendig, um die Kleinheit der Higgs-Masse zu erklären und damit natürlich zu machen.

Die Partikel des Standardmodells und ihre supersymmetrischen Gegenstücke. Genau 50% dieser Partikel wurden entdeckt und 50% haben nie eine Spur von ihrer Existenz gezeigt. Bildnachweis: Claire David von http://davidc.web.cern.ch/davidc/index.php?id=research.

Die am besten untersuchte Hypothese, um die Higgs-Masse natürlich zu machen, ist die Supersymmetrie. In supersymmetrischen Theorien kommt jedes bekannte Teilchen mit einem Partnerteilchen. Eine Folge dieser Verdopplung ist, dass sich die lästigen Quantenbeiträge zur Higgs-Masse aufheben. Die neue Symmetrie erzwingt eine Aufhebung, da es nun gleich große Beiträge zu diesen Quantenkorrekturen mit beiden Vorzeichen geben muss: einen von den normalen Partikeln und einen von den supersymmetrischen.

Zumindest wäre dies der Fall, wenn Supersymmetrie eine exakte Symmetrie der Natur wäre. Wir wissen jedoch bereits, dass dies nicht der Fall sein kann, denn dann hätten wir schon längst Superpartner der Standardmodellpartikel sehen müssen. Theoretische Physiker folgerten daraus, dass Supersymmetrie gebrochen werden muss und nur über einer bestimmten Energieskala wiederhergestellt wird, der „SUSY-Bruchskala“. Die SUSY-Bruchskala sollte im Bereich des LHC liegen, da dies die Higgs-Masse natürlich machen würde. Wenn die SUSY-Bruchskala viel höher wäre, würde die Notwendigkeit, Quantenbeiträge durch Feinabstimmung feinfühlig zu streichen, zurückkehren.

So wie es lief, fand der LHC die Higgs, aber keine Beweise für irgendetwas Neues. Keine Supersymmetrie, keine Extradimensionen, keine schwarzen Löcher, keine vierte Generation, nichts. Das heißt, die Higgs-Masse sitzt einfach da, kühn unnatürlich.

Eine Darstellung der verschiedenen parallelen „Welten“, die in anderen Taschen des Multiversums existieren könnten. Bildnachweis: gemeinfrei, abgerufen von https://pixabay.com/de/globe-earth-country-continents-73397/.

Hier kommt das Multiversum ins Spiel.

Da theoretische Physiker keine Erklärung für die Kleinheit der Higgs-Masse gefunden haben, versuchen sie nun zu akzeptieren, dass es einfach keine Erklärung gibt. Und wenn es keine Erklärung gibt, so lautet das Argument, dann ist kein einzelner Wert besonders, und dies muss bedeuten, dass alle möglichen Massenwerte das gleiche Existenzrecht haben. In diesem Fall sollte es ein Universum für jeden möglichen Wert der Higgs-Masse geben. Und für jeden möglichen Wert der Masse jedes anderen Teilchens. Mit anderen Worten, es sollte ein Multiversum geben, das Universen für alle möglichen Kombinationen von Parametern enthält.

Im Multiversum würde der Wert des Higgs nur insoweit ausgewählt, als er die Entwicklung eines Lebens wie unseres ermöglichen muss - das sogenannte „anthropische Prinzip“. Aber da die Entwicklung des Lebens selbst nicht gut verstanden wird - und auf jeden Fall nicht die Domäne der Physiker - dies ist derzeit eine ziemlich vage Forderung.

Die Entwicklung unseres Universums, wie wir es kennen, erfordert, dass die kosmologischen Parameter einen bestimmten Satz von Werten annehmen; zu unterschiedlich und dieses Universum würde niemals Lebensformen wie uns hervorbringen. Bildnachweis: NASA / WMAP-Wissenschaftsteam.

Kurz gesagt, das Argument ist, dass, da theoretische Physiker die Masse der Higgs nicht erklären können, jeder Parameter irgendeinen Wert annehmen kann und wir in einem Multiversum leben.

Es ist ein interessantes Argument, aber es ist logisch inkonsistent. Es beruht auf einer Erwartung darüber, was wir mit einer „Zufallszahl“ bzw. ihrer Wahrscheinlichkeitsverteilung meinen. Es gibt unendlich viele solcher Distributionen. Die Forderung, dass die Zahlen im Standardmodell einer bestimmten Verteilung entsprechen müssen, ist lediglich eine Hypothese, die sich als mit der Beobachtung unvereinbar erwiesen hat. Das ist wirklich alles, was wir aus den Daten schließen können: Physiker hatten eine Hypothese für das, was „natürlich“ ist. Es stellte sich als falsch heraus.

Dies bedeutet nicht, dass es kein Multiversum gibt. Es könnte einen geben oder auch nicht. Es bedeutet nur, dass die LHC-Ergebnisse nichts darüber aussagen.

Ich habe meiner Mutter eine Stunde lang die theoretische Hochenergiephysik erklärt und ihr versichert, dass der LHC nicht gezeigt hat, dass wir in einem Multiversum leben. Sie versteht jetzt, wie die Higgs ihre Masse bekommen, aber sie versteht nicht, warum Zeitungen Schlagzeilen für verschiedene Bereiche schreiben. Ich kann ihr nicht dabei helfen.

Dieser Beitrag erschien zum ersten Mal bei Forbes und wird Ihnen von unseren Patreon-Unterstützern werbefrei zur Verfügung gestellt. Kommentieren Sie unser Forum und kaufen Sie unser erstes Buch: Beyond The Galaxy!