Die Multiversum-Idee besagt, dass es eine willkürlich große Anzahl von Universen wie unsere gibt, aber ob es welche mit Unterschieden in den Gesetzen der Physik gibt, bleibt eine offene Frage. Bildnachweis: Lee Davy / flickr.

Ja, das Multiversum ist real, aber es wird die Physik nicht reparieren

Überraschenderweise deuten die Beweise auf die Existenz des nicht beobachtbaren Multiversums hin. Aber es ist nicht die Antwort, die Sie suchen.

„Wir sind uns alle einig, dass Ihre Theorie verrückt ist. Die Frage, die uns trennt, ist, ob es verrückt genug ist, um die Chance zu haben, richtig zu sein. “ Niels Bohr sprach diese Worte mit Wolfgang Pauli über dessen Theorie der Elementarteilchen, aber sie könnte genauso gut auf viele der heute umstrittensten Ideen der modernen Physik angewendet werden. Eine, die in letzter Zeit viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen hat, ist die eines Multiversums. Kurz gesagt, es ist die Idee, dass unser Universum und alles, was darin enthalten ist, nur eine kleine Region einer größeren Existenz ist, die viele ähnliche und möglicherweise viele verschiedene Universen wie unser eigenes umfasst. Einerseits muss das Multiversum unbedingt existieren, wenn unsere aktuellen Theorien der Physik wahr sind. Andererseits ist es unwahrscheinlich, dass wir etwas Nützliches lernen, wie Sabine Hossenfelder zu Recht betont.

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. Bildnachweis: Frédéric MICHEL und Andrew Z. Colvin, kommentiert von E. Siegel.

Warum muss das Multiversum existieren? Ganz einfach: Es muss mehr Universum geben als der Teil, der für uns beobachtbar ist. Wenn Sie nur den Teil des Universums betrachten, den wir sehen können, können Sie seine räumliche Krümmung messen und feststellen, dass er unglaublich nahe an der Ebene liegt. Keine Regionen wiederholen sich; Keine Standorte sind miteinander verbunden oder wieder miteinander verbunden. Keine Regionen mit großer Krümmung zeigen sich auf einer Skala, die der des Universums nahekommt, die wir beobachten können. Wenn das Universum eine Hypersphäre wäre, das vierdimensionale Analogon einer Kugel, müsste es einen Krümmungsradius haben, der hundertmal so groß ist wie das, was wir beobachten können. Es muss mehr Universum da draußen geben, als wir erreichen können.

Durch die Inflation wächst der Raum exponentiell, was sehr schnell dazu führen kann, dass bereits vorhandene gekrümmte Räume flach erscheinen. Wenn das Universum gekrümmt ist, hat es einen Krümmungsradius, der hundertmal größer ist als das, was wir beobachten können. Bildnachweis: E. Siegel (L); Ned Wrights Kosmologie-Tutorial (R).

Dies ist jedoch nicht nur eine Schlussfolgerung aus Beobachtungen; Es ist dieselbe Schlussfolgerung, die wir aus unserer führenden Theorie des Ursprungs des Universums ziehen würden: der kosmologischen Inflation. Vor dem heißen Urknall dehnte sich das Gewebe des Universums exponentiell aus, wobei es sich etwa alle 10 bis 35 Sekunden in allen Dimensionen verdoppelte. Die Inflation dauerte mindestens 10 bis 33 Sekunden, hätte aber viel länger dauern können: Sekunden, Jahre, Jahrtausende, Billionen von Jahren oder eine willkürlich lange Zeitspanne. Wenn die Inflation endet, ist das Universum, das uns bleibt, flach gestreckt, überall die gleiche Temperatur und weitaus größer als alles, was wir jemals hoffen können, zu beobachten. In Anbetracht der Endlichkeit von allem, was wir sehen können, ist Inflation der natürliche Weg, um ein Multiversum von Möglichkeiten zu schaffen.

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. Bildnachweis: Bock et al. (2006, astro-ph / 0604101); Modifikationen von E. Siegel.

Ohne ein solides Wissen darüber, wie die Inflation begann oder ob sie jemals einen Anfang hatte, können wir nicht wissen, wie viel „Multiversum“ es außerhalb unseres tatsächlichen Universums gibt. Aber basierend auf den Eigenschaften der Inflation, die sich auf das Universum auswirken, in dem wir leben, können wir einige Schlussfolgerungen daraus ziehen. Speziell:

  • Das Fehlen einer räumlichen Krümmung,
  • Die adiabatische Natur und das Spektrum der Schwankungen, die auf dem kosmischen Mikrowellenhintergrund eingeprägt sind,
  • Das Ausmaß der Unvollkommenheiten, die zu der großräumigen Struktur geführt haben, die wir sehen,
  • Die Einschränkungen der Inflation durch Gravitationswellen hätten entstehen können,
  • Und die Superhorizon-Schwankungen, die wir beobachten (auf Skalen, die größer als das sichtbare Universum sind),

Alle geben uns einige wichtige Einschränkungen hinsichtlich der Art der aufgetretenen Inflation und lehren uns zwei sehr wichtige Lektionen über unser Multiversum, wenn die Implikationen dieser verifizierten und validierten Theorien korrekt sind.

Die Schwankungen im CMB basieren auf ursprünglichen Schwankungen, die durch die Inflation erzeugt werden. Insbesondere der

1.) Bei willkürlich hohen Energien trat keine Inflation auf. Es gibt eine Energieskala, bei der die Gesetze der Physik keinen Sinn mehr ergeben: die Planck-Skala oder etwa 1019 GeV. Dies ist ungefähr 100 Billionen Mal größer als die maximale Energie, die der LHC erreicht, und ein Faktor von ungefähr 100 Millionen höher als die kosmischen Teilchen mit der höchsten Energie, die wir jemals im Universum entdeckt haben. Aus den Abdrücken der Inflation können wir schließen, dass die Temperatur zu Beginn des heißen Urknalls nie höher als etwa 1015 oder 1016 GeV wurde, sicher unter der Planck-Skala. Dies impliziert, dass die Inflation wahrscheinlich auch unterhalb dieser Skala auftrat. Wenn dies zutrifft, würde dies bedeuten, dass die Inflationsepoche den aktuellen Gesetzen der Physik sowie jeder durch die Inflation geschaffenen Region des Multiversums gehorchte.

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. Bildnachweis: Wikipedia-Nutzer Pablo Carlos Budassi.

2.) Es gibt unzählige Regionen, in denen die Inflation nicht aufgehört hat und bis heute anhält. Die Idee, dass der Urknall überall auf einmal geschah, mag auf unser Universum zutreffen, sollte aber sicherlich nicht auf die überwiegende Mehrheit der im Multiversum existierenden Universen zutreffen. Unter der Annahme, dass Inflation ein Quantenfeld ist, wie alle uns bekannten Felder, muss sie sich über die Zeit ausbreiten, was bedeutet, dass sie in jeder Region des Raums zu einem bestimmten Zeitpunkt enden kann, aber auch für a während länger.

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. Bildnachweis: E. Siegel / Beyond The Galaxy.

In der Region, die zu unserem Universum wurde und eine große Region umfassen kann, die weit über das hinausgeht, was wir beobachten können, endete die Inflation auf einmal. Aber jenseits dieser Region gibt es noch mehr Regionen, in denen es nicht zu Ende ging. Diese Regionen wachsen und blähen sich im Laufe der Zeit auf, und obwohl in vielen dieser neuen Regionen die Inflation enden wird, werden diejenigen, in denen sie nicht aufgeblasen wird, weiter aufblasen. Die Inflation sollte daher zumindest in einigen Regionen des Weltraums für die Zukunft ewig sein. Dies ist unabhängig davon, ob es für die Vergangenheit ewig war oder nicht.

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. Bildnachweis: E. Siegel / Beyond The Galaxy.

All dies zu akzeptieren führt zu einer unausweichlichen Schlussfolgerung: Wir leben in einem Multiversum, und unser Universum ist nur eines von unzähligen, die in ihm existieren. Die daraus resultierenden Standardvorhersagen sind jedoch schwer wissenschaftlich zu realisieren. Sie beinhalten:

  • Dass verschiedene Regionen, in denen die Inflation endet, niemals kollidieren oder interagieren sollten.
  • Dass die grundlegenden Konstanten und Gesetze in verschiedenen Regionen dieselben sein sollten wie hier.
  • Und wenn die Inflation nicht wirklich ewig in der Vergangenheit war, gibt es nicht genug „Raum“, um alle parallelen Universen aufzunehmen, die die Interpretation der Quantenphysik in vielen Welten erfordern würde.
Die Idee der Paralleluniversen, wie sie auf Schrödingers Katze angewendet wird. So lustig und überzeugend diese Idee auch ist, ohne eine unendlich große Region, in der diese Möglichkeiten bestehen, wird selbst die Inflation nicht genug Universen schaffen, um alle Möglichkeiten zu enthalten, die uns 13,8 Milliarden Jahre kosmischer Evolution gebracht haben. Bildnachweis: Christian Schirm.

Es ist immer möglich, ein erfundenes Modell zu konstruieren, das diesen generischen Vorhersagen widerspricht, und einige Wissenschaftler machen Karriere damit. Sabine Hossenfelder schreibt in NPR zu Recht diesen Ansatz und erklärt: „Nur weil eine Theorie fälschbar ist, heißt das nicht, dass sie wissenschaftlich ist.“ Nur weil Varianten des Multiversums fälschbar sind und die Folgen seiner Existenz nicht beobachtbar sind, heißt das nicht, dass das Multiversum nicht real ist. Wenn kosmische Inflation, Allgemeine Relativitätstheorie und Quantenfeldtheorie alle korrekt sind, ist das Multiversum wahrscheinlich real und wir leben darin.

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

Erwarten Sie nur nicht, dass es Ihre brennendsten Fragen zum Universum löst. Dafür benötigen Sie Physik, die Sie einem experimentellen oder beobachtbaren Test unterziehen können. Bis zu diesem Tag werden die Konsequenzen eines Multiversums wahrscheinlich im Bereich der Science-Fiction bleiben: wo sie gegenwärtig hingehören. Es ist in Ordnung zu spekulieren, aber wenn Sie darauf bestehen, die Lösung eines Physikproblems einem nicht testbaren Merkmal des Universums zuzuschreiben, geben Sie die Physik im Wesentlichen auf. Wir alle wissen, dass die Geheimnisse des Universums schwer sind, aber das ist kein Grund, nicht einmal zu versuchen, eine Lösung zu finden. Das Multiversum ist real, bietet aber die Antwort auf absolut nichts.

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.