Die Idee des Multiversums besagt, dass es eine willkürlich große Anzahl von Universen gibt, die in unser Multiversum eingebettet sind. Es ist möglich, aber nicht notwendig, dass andere Taschen im Multiversum existieren, in denen die Gesetze der Physik unterschiedlich sind.

Deshalb muss das Multiversum existieren

Wenn Sie kosmische Inflation und Quantenphysik akzeptieren, gibt es keinen Ausweg. Das Multiversum ist real.

Schauen Sie mit beliebig leistungsfähiger Technologie auf das Universum, was Sie wollen, und Sie werden nie einen Vorteil finden. Der Raum geht so weit, wie wir sehen können, und überall sehen wir die gleichen Dinge: Materie und Strahlung. In alle Richtungen finden wir die gleichen verräterischen Anzeichen eines expandierenden Universums: die übrig gebliebene Strahlung aus einem heißen, dichten Zustand; Galaxien, die sich in Größe, Masse und Anzahl entwickeln; Elemente, die die Fülle verändern, wenn Sterne leben und sterben.

Aber was liegt jenseits unseres beobachtbaren Universums? Gibt es einen Abgrund des Nichts jenseits der Lichtsignale, die uns möglicherweise seit dem Urknall erreichen könnten? Gibt es einfach mehr Universum wie unser eigenes, jenseits unserer Beobachtungsgrenzen? Oder gibt es ein Multiversum, das geheimnisvoll ist und für immer nicht gesehen werden kann?

Das Multiversum muss die Antwort sein, es sei denn, etwas ist ernsthaft falsch in unserem Verständnis des Universums. Hier ist der Grund.

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 an jedem Ort fast genau dasselbe von seinem Standpunkt aus sehen. (WIKIPEDIA-BENUTZER PABLO CARLOS BUDASSI)

Das Multiversum ist eine äußerst kontroverse Idee, aber im Kern ist es ein sehr einfaches Konzept. So wie die Erde keine besondere Position im Universum einnimmt, die Sonne, die Milchstraße oder irgendeinen anderen Ort, geht das Multiversum einen Schritt weiter und behauptet, dass das gesamte sichtbare Universum nichts Besonderes hat.

Das Multiversum ist die Idee, dass unser Universum und alles, was darin enthalten ist, nur ein kleiner Teil einer größeren Struktur ist. Diese größere Einheit fasst unser beobachtbares Universum als kleinen Teil eines größeren Universums zusammen, das über die Grenzen unserer Beobachtungen hinausgeht. Diese gesamte Struktur - das nicht beobachtbare Universum - kann selbst Teil einer größeren Raumzeit sein, die viele andere, nicht zusammenhängende Universen umfasst, die dem Universum, in dem wir leben, ähnlich sein können oder 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 / PUBLIC DOMAIN)

Wenn dies die Idee des Multiversums ist, kann ich Ihre Skepsis bei der Vorstellung verstehen, dass wir irgendwie wissen könnten, ob es existiert oder nicht. Schließlich sind Physik und Astronomie Wissenschaften, die sich auf messbare, experimentelle oder anderweitig beobachtbare Bestätigungen stützen. Wenn wir nach Beweisen für etwas suchen, das außerhalb unseres sichtbaren Universums existiert und keine Spuren darin hinterlässt, scheint die Idee eines Multiversums von Grund auf nicht überprüfbar zu sein.

Aber es gibt alle möglichen Dinge, die wir nicht beobachten können und von denen wir wissen, dass sie wahr sind. Jahrzehnte bevor wir Gravitationswellen direkt entdeckten, wussten wir, dass sie existieren müssen, weil wir ihre Auswirkungen beobachteten. Bei binären Pulsaren - sich drehende Neutronensterne, die umeinander kreisen - wurde beobachtet, dass sich ihre revolutionären Perioden verkürzen. Etwas musste Energie wegtragen, und dieses Ding stimmte mit den Vorhersagen von Gravitationswellen überein.

Die Geschwindigkeit des Zerfalls der Umlaufbahn eines binären Pulsars hängt stark von der Schwerkraftgeschwindigkeit und den Umlaufbahnparametern des binären Systems ab. Wir haben binäre Pulsardaten verwendet, um die Schwerkraftgeschwindigkeit auf eine Genauigkeit von 99,8% zu beschränken und auf die Existenz von Gravitationswellen zu schließen, Jahrzehnte bevor LIGO und Virgo sie entdeckten. (NASA (L), MAX-PLANCK-INSTITUT FÜR RADIOASTRONOMIE / MICHAEL KRAMER (R))

Obwohl wir die Bestätigung, dass LIGO und Virgo Gravitationswellen direkt detektierten, mit Sicherheit begrüßten, wussten wir bereits, dass sie aufgrund dieser indirekten Beweise existieren mussten. Diejenigen, die argumentieren, dass indirekte Beweise kein Indikator für Gravitationswellen sind, sind möglicherweise immer noch nicht davon überzeugt, dass binäre Pulsare sie aussenden. LIGO und Virgo haben die Gravitationswellen, die von den beobachteten binären Pulsaren kamen, nicht gesehen.

Also, wenn wir das Multiversum nicht direkt beobachten können, welche indirekten Beweise haben wir für seine Existenz? Woher wissen wir, dass es ein unbeobachtbareres Universum gibt, als wir es beobachten können, und woher wissen wir, dass das, was wir unser Universum nennen, wahrscheinlich nur eines von vielen ist, die in das Multiversum eingebettet sind?

Wir schauen auf das Universum selbst und ziehen Schlussfolgerungen über seine Natur auf der Grundlage dessen, was Beobachtungen darüber enthüllen.

Das Licht des kosmischen Mikrowellenhintergrunds und das daraus resultierende Schwankungsmuster geben uns eine Möglichkeit, die Krümmung des Universums zu messen. Nach unserem besten Wissen ist das Universum innerhalb von 1 Teil von ca. 400 räumlich vollkommen flach. (SMOOT COSMOLOGY GROUP / LAWRENCE BERKELEY LABS)

Wenn wir zum Rand des beobachtbaren Universums schauen, stellen wir fest, dass die Lichtstrahlen, die von den frühesten Zeiten - vom kosmischen Mikrowellenhintergrund - ausgesandt wurden, bestimmte Muster am Himmel bilden. Diese Muster offenbaren nicht nur die Dichte- und Temperaturschwankungen, mit denen das Universum geboren wurde, sowie die Materie und Energiezusammensetzung des Universums, sondern auch die Geometrie des Raums selbst.

Wir können daraus schließen, dass der Raum nicht positiv gekrümmt (wie eine Kugel) oder negativ gekrümmt (wie ein Sattel) ist, sondern räumlich flach, was darauf hinweist, dass sich das nicht beobachtbare Universum wahrscheinlich weit über den Teil hinaus erstreckt, auf den wir zugreifen können. Es krümmt sich nie auf sich selbst zurück, es wiederholt sich nie und es hat keine leeren Lücken. Wenn es gekrümmt ist, hat es einen Durchmesser, der Hunderte Male größer ist als der Teil, den wir sehen können.

Mit jeder Sekunde, die vergeht, offenbart sich uns mehr Universum, genau wie unser eigenes, im Einklang mit diesem Bild.

Das beobachtbare Universum mag aus unserer Sicht 46 Milliarden Lichtjahre in alle Richtungen betragen, aber es gibt sicherlich mehr, nicht beobachtbare Universen, vielleicht sogar eine unendliche Menge, genau wie unser Universum darüber hinaus. Im Laufe der Zeit werden wir mehr davon sehen können und schließlich ungefähr das 2,3-fache der Materie enthüllen, die wir derzeit sehen können. (FRÉDÉRIC MICHEL UND ANDREW Z. COLVIN, ANGEMELDET VON E. SIEGEL)

Dies könnte darauf hindeuten, dass es ein nicht beobachtbares Universum gibt, auf das wir über den Teil unseres Universums hinaus zugreifen können, aber es beweist es nicht und liefert keine Beweise für ein Multiversum. Es gibt jedoch zwei Konzepte in der Physik, die zweifelsfrei etabliert wurden: kosmische Inflation und Quantenphysik.

Die kosmische Inflation ist die Theorie, aus der der heiße Urknall hervorging. Anstatt mit einer Singularität zu beginnen, gibt es eine physikalische Grenze dafür, wie heiß und wie dicht die anfänglichen frühen Stadien unseres expandierenden Universums hätten sein können. Wenn wir in der Vergangenheit willkürlich hohe Temperaturen erreicht hätten, gäbe es eindeutige Signaturen, die es nicht gibt:

  • Temperaturschwankungen mit großer Amplitude frühzeitig,
  • Schwankungen der Keimdichte, die durch die Skala des kosmischen Horizonts begrenzt sind,
  • und übrig gebliebene energiereiche Relikte aus früher Zeit, wie magnetische Monopole.
Durch das Aufblasen vergrößert sich der Raum exponentiell, was sehr schnell dazu führen kann, dass ein bereits vorhandener gekrümmter oder nicht glatter Raum flach erscheint. Wenn das Universum gekrümmt ist, hat es einen Krümmungsradius, der mindestens hundertmal größer ist als das, was wir beobachten können. (E. SIEGEL (L); KOSMOLOGIE-TUTORIAL VON NED WRIGHT (R))

Diese Unterschriften fehlen alle. Die Temperaturschwankungen liegen bei 0,003%; Die Dichteschwankungen überschreiten die Skala des kosmischen Horizonts. Die Grenzwerte für Monopole und andere Relikte sind unglaublich streng. Die Tatsache, dass diese Signaturen nicht vorhanden sind, hat enorme Auswirkungen auf sie: Das Universum hat diese willkürlich hohen Temperaturen nie erreicht. Etwas anderes kam vor dem heißen Urknall, um es einzurichten.

Hier kommt die kosmische Inflation ins Spiel. Sie wurde in den frühen 1980er Jahren entwickelt, um eine Reihe von Rätseln mit dem Urknall zu lösen, hat aber das getan, was Sie sich für eine neue physikalische Theorie erhofft hatten: Sie hat messbare, überprüfbare Vorhersagen für beobachtbare Signaturen gemacht, die würde in unserem Universum erscheinen.

Wir sehen den vorhergesagten Mangel an räumlicher Krümmung; Wir sehen eine adiabatische Natur für die Schwankungen, mit denen das Universum geboren wurde. Wir haben ein Spektrum und eine Größenordnung von anfänglichen Schwankungen festgestellt, die mit den Vorhersagen der Inflation übereinstimmen. Wir haben gesehen, dass die von der Inflation vorhergesagten Superhorizon-Schwankungen auftreten müssen.

Schwankungen in der Raumzeit selbst auf der Quantenskala dehnen sich während der Inflation über das Universum aus und verursachen Unvollkommenheiten sowohl in der Dichte als auch in den Gravitationswellen. Ob Inflation aus einer möglichen Singularität entstanden ist oder nicht, ist unbekannt, aber die Signaturen dafür, ob sie aufgetreten ist, sind in unserem beobachtbaren Universum zugänglich. (E. SIEGEL, MIT BILDERN VON ESA / PLANCK UND DER INTERAGENZAUFGABE DOE / NASA / NSF FÜR CMB-FORSCHUNG)

Wir wissen vielleicht nicht alles über Inflation, aber wir haben eine sehr starke Reihe von Beweisen, die eine Periode im frühen Universum stützen, in der sie stattfand. Es gründete und verursachte den Urknall und sagte eine Reihe und ein Spektrum von Schwankungen voraus, aus denen die Keime der Struktur hervorgingen, die in das kosmische Netz hineinwuchsen, das wir heute beobachten. Nur Inflation gibt uns, soweit wir wissen, Vorhersagen für unser Universum, die mit dem übereinstimmen, was wir beobachten.

"Also, große Sache", könnte man sagen. „Sie haben eine kleine Region des Weltraums eingenommen, die Inflation auf ein sehr großes Volumen ausweiten lassen, und unser beobachtbares, sichtbares Universum ist in diesem Volumen enthalten. Auch wenn dies in Ordnung ist, sagt dies uns nur, dass unser nicht beobachtbares Universum weit über den sichtbaren Teil hinausreicht. Sie haben das Multiversum überhaupt nicht etabliert. "

Und das alles wäre richtig. Denken Sie jedoch daran, dass wir noch eine weitere Zutat hinzufügen müssen: die Quantenphysik.

Ein Beispiel für die inhärente Unsicherheit zwischen Position und Impuls auf Quantenebene. Es gibt eine Grenze dafür, wie gut Sie diese beiden Größen gleichzeitig messen können, und die Unsicherheit zeigt sich an Orten, an denen die Menschen dies häufig am wenigsten erwarten. (E. SIEGEL / WIKIMEDIA COMMONS USER MASCHEN)

Die Inflation wird wie alle bekannten Quanten im Universum als ein Feld behandelt, das den Regeln der Quantenfeldtheorie folgt. Im Quantenuniversum gibt es viele kontraintuitive Regeln, die befolgt werden, aber die für unsere Zwecke relevanteste ist die Regel, die die Quantenunsicherheit regelt.

Während wir herkömmlicherweise Unsicherheit als wechselseitig auftretend zwischen zwei Variablen betrachten - Impuls und Position, Energie und Zeit, Drehimpuls zueinander senkrechter Richtungen usw. - gibt es auch eine inhärente Unsicherheit im Wert eines Quantenfeldes. Mit fortschreitender Zeit hat ein Feldwert, der zu einem früheren Zeitpunkt endgültig war, jetzt einen weniger sicheren Wert. man kann ihm nur wahrscheinlichkeiten zuschreiben.

Mit anderen Worten, der Wert eines Quantenfeldes breitet sich über die Zeit aus.

Im Laufe der Zeit breitet sich selbst für ein einfaches Einzelteilchen seine Quantenwellenfunktion, die seine Position beschreibt, mit der Zeit spontan aus. Dies geschieht für alle Quantenteilchen für eine Vielzahl von Eigenschaften jenseits der Position, wie zum Beispiel den Feldwert. (HANS DE VRIES / PHYSIK-FRAGE)

Kombinieren wir dies nun: Wir haben einerseits ein aufblasbares Universum und andererseits die Quantenphysik. Wir können uns die Inflation als einen Ball vorstellen, der sehr langsam auf einem flachen Hügel rollt. Solange der Ball auf dem Hügel bleibt, geht die Inflation weiter. Wenn der Ball das Ende des flachen Teils erreicht, rollt er jedoch ins Tal hinunter, wodurch die Energie aus dem Inflationsfeld selbst in Materie und Energie umgewandelt wird.

Diese Umwandlung bedeutet das Ende der kosmischen Inflation durch einen Prozess, der als Wiedererwärmung bekannt ist, und es entsteht der heiße Urknall, den wir alle kennen. Aber hier ist die Sache: Wenn sich Ihr Universum aufbläst, ändert sich der Wert des Feldes langsam. In verschiedenen Aufblasregionen breitet sich der Feldwert in zufällig unterschiedlichen Mengen und in verschiedenen Richtungen aus. In einigen Regionen hört die Inflation schnell auf; in anderen endet es langsamer.

Die Quantennatur der Inflation bedeutet, dass sie in einigen „Taschen“ des Universums endet und sich in anderen fortsetzt. Es muss den metaphorischen Hügel hinunter ins Tal rollen. Wenn es sich jedoch um ein Quantenfeld handelt, bedeutet die Ausbreitung, dass es in einigen Regionen endet und in anderen fortgesetzt wird. (E. SIEGEL / ÜBER DIE GALAXIE HINAUS)

Dies ist der entscheidende Punkt, der uns sagt, warum ein Multiversum unvermeidlich ist! Wo die Inflation sofort endet, bekommen wir einen heißen Urknall und ein großes Universum, wobei ein kleiner Teil davon unserem eigenen beobachtbaren Universum ähneln könnte. Es gibt jedoch auch andere Regionen außerhalb der Region, in der die Inflation länger anhält.

Wenn die Quantenausbreitung genau auf die richtige Weise erfolgt, könnte die Inflation auch dort enden und einen heißen Urknall und ein noch größeres Universum hervorrufen, in dem ein kleiner Teil unserem beobachtbaren Universum ähneln könnte.

Aber die anderen Regionen blähen sich nicht nur auf, sie wachsen auch. Sie können die Rate berechnen, mit der die aufblasenden Regionen wachsen, und sie mit der Rate vergleichen, mit der sich neue Universen bilden und heiße Urknalle auftreten. In allen Fällen, in denen die Inflation Vorhersagen liefert, die mit dem beobachteten Universum übereinstimmen, wachsen neue Universen und Regionen, die sich neu aufblasen, schneller, als die Inflation enden kann.

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 zu Ende geht, ist es, was die Inflation zu Beginn „ewig“ macht und was unsere moderne Vorstellung von einem Multiversum entstehen lässt. (E. SIEGEL / ÜBER DIE GALAXIE HINAUS)

Dieses Bild riesiger Universen, das viel größer ist als der magere Teil, den wir beobachten können und der ständig in diesem exponentiell aufblähenden Raum entsteht, ist das, worum es im Multiversum geht. Es ist keine neue, überprüfbare wissenschaftliche Vorhersage, sondern eine theoretische Konsequenz, die unvermeidlich ist, basierend auf den Gesetzen der Physik, wie sie heute verstanden werden. Ob die Gesetze der Physik in diesen anderen Universen mit unseren identisch sind, ist unbekannt.

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 ein inflationäres Universum haben, das der Quantenphysik unterliegt, ist ein Multiversum unvermeidlich. Wie immer sammeln wir so viele neue, überzeugende Beweise wie möglich, um den gesamten Kosmos besser zu verstehen. Es kann sich herausstellen, dass die Inflation falsch ist, dass die Quantenphysik falsch ist oder dass die Anwendung dieser Regeln auf die Art und Weise, wie wir sie anwenden, einige grundlegende Mängel aufweist. Aber bis jetzt summiert sich alles. Wenn wir nichts falsch machen, ist das Multiversum unvermeidlich, und das Universum, in dem wir leben, ist nur ein winziger Teil davon.

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.