Die Multiversum-Idee besagt, dass es eine willkürlich große Anzahl von Universen wie unsere gibt, die in unser Multiversum eingebettet sind. Es ist möglich, aber nicht notwendig, dass andere Taschen innerhalb des Multiversums 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 sich das Universum an, was Sie wollen, mit willkürlich leistungsfähiger Technologie, und Sie werden nie einen Vorteil finden. Der Raum geht weiter, so weit wir sehen können, und überall, wo wir hinschauen, sehen wir die gleichen Dinge: Materie und Strahlung. In alle Richtungen finden wir die gleichen verräterischen Zeichen 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, das unsere Beobachtungsgrenzen überschreitet? Oder gibt es ein Multiversum, das mysteriöser Natur ist und für immer nicht gesehen werden kann?

Sofern mit unserem Verständnis des Universums nichts ernsthaft falsch ist, muss das Multiversum die Antwort sein. Hier ist der Grund.

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)

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

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 kapselt unser beobachtbares Universum als einen kleinen Teil eines größeren Universums, 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 verbundene Universen umfasst, die dem Universum, in dem wir leben, ähnlich sein können oder 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 / ÖFFENTLICHE DOMÄNE)

Wenn dies die Idee des Multiversums ist, kann ich Ihre Skepsis gegenüber der Vorstellung verstehen, dass wir irgendwie wissen könnten, ob es existiert oder nicht. Physik und Astronomie sind schließlich Wissenschaften, die auf messbaren, experimentellen oder anderweitigen Beobachtungsbestätigungen beruhen. Wenn wir nach Beweisen für etwas suchen, das außerhalb unseres sichtbaren Universums existiert und keine Spuren darin hinterlässt, scheint die Idee eines Multiversums grundsätzlich nicht testbar zu sein.

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

Die Geschwindigkeit des Orbitalzerfalls eines binären Pulsars hängt stark von der Schwerkraftgeschwindigkeit und den Orbitalparametern des binären Systems ab. Wir haben binäre Pulsardaten verwendet, um die Schwerkraft auf eine Lichtgeschwindigkeit 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))

Wir haben die Bestätigung, dass LIGO und Virgo Gravitationswellen durch direkte Detektion bereitgestellt haben, sicherlich begrüßt, aber wir wussten bereits, dass sie aufgrund dieser indirekten Beweise existieren müssen. Diejenigen, die argumentieren würden, dass indirekte Beweise kein Indikator für Gravitationswellen sind, sind möglicherweise immer noch nicht davon überzeugt, dass binäre Pulsare sie emittieren. LIGO und Virgo haben die Gravitationswellen der von uns beobachteten binären Pulsare nicht gesehen.

Wenn wir das Multiversum also nicht direkt beobachten können, welche indirekten Beweise haben wir für seine Existenz? Woher wissen wir, dass es mehr unbeobachtbare Universen gibt, als wir 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, basierend auf den Beobachtungen darüber.

Das Licht des kosmischen Mikrowellenhintergrunds und das Schwankungsmuster geben uns eine Möglichkeit, die Krümmung des Universums zu messen. Nach den besten Messungen ist das Universum innerhalb eines Teils von etwa 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 aus den frühesten Zeiten - vom kosmischen Mikrowellenhintergrund - emittiert werden, bestimmte Muster am Himmel bilden. Diese Muster zeigen 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 (wie eine Kugel) oder negativ (wie ein Sattel), sondern räumlich flach gekrümmt ist, 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 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, wird uns mehr Universum offenbart, genau wie unser eigenes, was mit diesem Bild übereinstimmt.

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

Das könnte darauf hinweisen, dass es jenseits des Teils unseres Universums, auf den wir zugreifen können, mehr nicht beobachtbares Universum gibt, aber es beweist es nicht und liefert keine Beweise für ein Multiversum. Es gibt jedoch zwei Konzepte in der Physik, die weit über einen vernünftigen Zweifel hinaus etabliert wurden: kosmische Inflation und Quantenphysik.

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

  • frühzeitige Temperaturschwankungen mit großer Amplitude,
  • Schwankungen der Keimdichte, begrenzt durch die Größe des kosmischen Horizonts,
  • und übrig gebliebene, energiereiche Relikte aus frühen Zeiten wie magnetische Monopole.
Durch die Inflation wächst der Raum exponentiell, was sehr schnell dazu führen kann, dass bereits vorhandene gekrümmte oder nicht glatte Räume flach erscheinen. Wenn das Universum gekrümmt ist, hat es einen Krümmungsradius, der mindestens hundertmal größer ist als das, was wir beobachten können. (E. SIEGEL (L); NED WRIGHT'S COSMOLOGY TUTORIAL (R))

Diese Unterschriften fehlen alle. Die Temperaturschwankungen liegen bei 0,003%; die Dichteschwankungen überschreiten die Skala des kosmischen Horizonts; Die Grenzen 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. Vor dem heißen Urknall kam noch etwas anderes, um es einzurichten.

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

Wir sehen den vorhergesagten Mangel an räumlicher Krümmung; Wir sehen eine adiabatische Natur der Schwankungen, mit denen das Universum geboren wurde. Wir haben ein Spektrum und ein Ausmaß anfänglicher Schwankungen festgestellt, die mit den Inflationsvorhersagen übereinstimmen. Wir haben die Superhorizon-Schwankungen gesehen, die die Inflation vorhersagen muss.

Schwankungen der Raumzeit selbst auf der Quantenskala werden während des Aufblasens über das Universum ausgedehnt, was zu Unvollkommenheiten sowohl in der Dichte als auch in den Gravitationswellen führt. Ob Inflation aus einer möglichen Singularität entstanden ist oder nicht, ist unbekannt, aber die Signaturen, ob sie aufgetreten ist, sind in unserem beobachtbaren Universum zugänglich. (E. SIEGEL, MIT BILDERN VON ESA / PLANCK UND DER INTERAGENZAUFGABE VON 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 unterstützen, in der sie aufgetreten ist. Es hat den Urknall ausgelöst und ausgelöst und sagt eine Reihe und ein Spektrum von Schwankungen voraus, aus denen die Keime der Struktur hervorgegangen sind, die in das kosmische Netz hineinwachsen, das wir heute beobachten. Nur die Inflation gibt uns, soweit wir wissen, Vorhersagen für unser Universum, die unseren Beobachtungen entsprechen.

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

Und das alles wäre richtig. Aber denken Sie daran, es gibt noch eine weitere Zutat, die wir hinzufügen müssen: die Quantenphysik.

Eine Illustration zwischen der inhärenten Unsicherheit zwischen Position und Impuls auf Quantenebene. Es gibt eine Grenze dafür, wie gut Sie diese beiden Größen gleichzeitig messen können, und Unsicherheit zeigt sich an Orten, an denen die Menschen dies häufig am wenigsten erwarten. (E. SIEGEL / WIKIMEDIA GEMEINSAME BENUTZERMASCHEN)

Inflation wird wie alle Quanten, die wir im Universum kennen, als Feld behandelt und folgt den Regeln der Quantenfeldtheorie. 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 die Unsicherheit herkömmlicherweise als zwischen zwei Variablen gegenseitig auftretend betrachten - Impuls und Position, Energie und Zeit, Drehimpuls zu senkrecht zueinander stehenden 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 bestimmten Wert. Sie können ihm nur Wahrscheinlichkeiten zuordnen.

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

Selbst für ein einfaches Einzelteilchen wird sich im Laufe der Zeit seine Quantenwellenfunktion, die seine Position beschreibt, im Laufe der Zeit spontan ausbreiten. Dies geschieht für alle Quantenteilchen für eine Vielzahl von Eigenschaften jenseits der Position, wie z. B. den Feldwert. (HANS DE VRIES / PHYSIKFRAGE)

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 in das Tal hinunter, das die Energie aus dem Inflationsfeld selbst in Materie und Energie umwandelt.

Diese Umwandlung bedeutet das Ende der kosmischen Inflation durch einen Prozess, der als Wiedererwärmung bekannt ist, und führt zu dem heißen Urknall, mit dem wir alle vertraut sind. Aber hier ist die Sache: Wenn sich Ihr Universum aufbläst, ändert sich der Wert des Feldes langsam. In verschiedenen Aufblasregionen breitet sich der Feldwert zufällig unterschiedlich stark und in verschiedene Richtungen aus. In einigen Regionen endet die Inflation schnell; in anderen endet es langsamer.

Die Quantennatur der Inflation bedeutet, dass sie in einigen „Taschen“ des Universums endet und in anderen fortbesteht. Es muss den metaphorischen Hügel hinunter und ins Tal rollen, aber wenn es ein Quantenfeld ist, bedeutet die Ausbreitung, dass es in einigen Regionen endet, während es in anderen weitergeht. (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, wo ein kleiner Teil davon unserem eigenen beobachtbaren Universum ähneln könnte. Es gibt aber auch andere Regionen außerhalb der Region, in denen die Inflation länger anhält.

Wo die Quantenausbreitung genau richtig erfolgt, könnte die Inflation auch dort enden und zu einem heißen Urknall und einem noch größeren Universum führen, in dem ein kleiner Teil unserem beobachtbaren Universum ähnlich sein könnte.

Aber die anderen Regionen blasen nicht nur auf, sie wachsen auch. Sie können die Geschwindigkeit berechnen, mit der die aufblasenden Regionen wachsen, und sie mit der Geschwindigkeit 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 mit neuer Inflation schneller, als die Inflation ein Ende haben kann.

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, und was unsere moderne Vorstellung von einem Multiversum hervorbringt. (E. SIEGEL / ÜBER DIE GALAXIE HINAUS)

Dieses Bild von riesigen Universen, das weitaus größer ist als der magere Teil, der für uns beobachtbar ist und der ständig in diesem exponentiell aufblasenden 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 mit unseren in diesen anderen Universen identisch sind, ist unbekannt.

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 ein inflationäres Universum haben, das von der Quantenphysik beherrscht wird, ist ein Multiversum unvermeidlich. Wie immer sammeln wir kontinuierlich 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 wie wir einen grundlegenden Fehler aufweist. Aber bisher 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 veröffentlicht. Ethan hat zwei Bücher verfasst, Beyond The Galaxy und Treknology: Die Wissenschaft von Star Trek von Tricorders bis Warp Drive.