Die multiverse Idee besagt, dass es eine willkürlich große Anzahl von Universen gibt wie unsere, aber ob es Unterschiede 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 verbessern

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

„Wir sind uns alle einig, dass deine Theorie verrückt ist. Die Frage, die uns trennt, ist, ob es verrückt genug ist, eine Chance zu haben, richtig zu sein. “Niels Bohr sprach Wolfgang Pauli diese Worte über dessen Theorie der Elementarteilchen an, aber es könnte genauso gut für viele der kontroversesten modernen gelten Physik-Ideen. Eine, die in letzter Zeit viel Aufmerksamkeit erregt 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 unsere umfasst. Einerseits muss das Multiversum unbedingt existieren, wenn unsere gegenwärtigen Theorien der Physik wahr sind. Andererseits ist es unwahrscheinlich, dass uns Sabine Hossenfelder irgendetwas Nützliches beibringt.

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. 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, den wir beobachten können. Wenn Sie nur den Teil des Universums betrachten, den wir sehen können, können Sie seine räumliche Krümmung messen und feststellen, dass er unglaublich flach ist. Keine Regionen wiederholen sich; Keine Orte verbinden sich oder bilden eine Schleife aufeinander. Keine Region mit großer Krümmung zeigt sich auf einer Skala, die der des beobachtbaren Universums nahe kommt. 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 zugänglich machen können.

Durch das Aufblasen vergrößert sich der Raum exponentiell, was sehr schnell dazu führen kann, dass ein bereits vorhandener gekrümmter Raum flach erscheint. Wenn das Universum gekrümmt ist, hat es einen Krümmungsradius, der hunderte Male 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 über den Ursprung des Universums ziehen: der kosmologischen Inflation. Vor dem heißen Urknall dehnte sich das Gewebe des Universums exponentiell aus, wobei es sich alle 10 bis 35 Sekunden in allen Dimensionen verdoppelte. Die Inflation dauerte mindestens 10 bis 33 Sekunden, hätte aber auch viel länger dauern können: Sekunden, Jahre, Jahrtausende, Billionen von Jahren oder eine willkürlich lange Zeitspanne. Wenn die Inflation zu Ende ist, ist das Universum, das uns verbleibt, flach, überall die gleiche Temperatur und weit, weitaus weiter als alles, was wir jemals zu beobachten hoffen können. Angesichts 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 geschaffen, zu dem wir Zugang haben, aber wir können nur den letzten winzigen Bruchteil einer Sekunde der Inflationswirkung 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, in dem wir leben, auswirken, können wir ein paar Schlussfolgerungen daraus ziehen. Im Speziellen:

  • Der Mangel an räumlicher Krümmung,
  • Die adiabatische Natur und das Spektrum der Fluktuationen, die auf dem kosmischen Mikrowellenhintergrund eingeprägt sind,
  • Die Größe der Unvollkommenheiten, die zu der großräumigen Struktur geführt haben, die wir sehen,
  • Die Zwänge für die Gravitationswellen, die die Inflation erzeugt haben könnte,
  • Und die Superhorizon-Fluktuationen, die wir beobachten (auf Skalen, die größer sind als das sichtbare Universum),

Alle geben uns einige wichtige Einschränkungen in Bezug auf die Art der Inflation und zeigen uns zwei sehr wichtige Lektionen über unser Multiversum, wenn die Implikationen dieser verifizierten und validierten Theorien korrekt sind.

Die Schwankungen des CMB basieren auf den durch die Inflation hervorgerufenen ursprünglichen Schwankungen. Insbesondere der

1.) Bei beliebig hohen Energien trat keine Inflation auf. Es gibt eine Energieskala, bei der die Gesetze der Physik keinen Sinn mehr machen: 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 niemals höher als ungefähr 1015 oder 1016 GeV wurde, sicher unterhalb der Planck-Skala. Dies impliziert, dass die Inflation wahrscheinlich auch unter dieser Skala lag. Wenn dies zutrifft, würde dies bedeuten, dass die Inflationsperiode den geltenden Gesetzen der Physik sowie allen Regionen des Multiversums, die die Inflation hervorgebracht hat, gehorchte.

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. Bildnachweis: Wikipedia-Benutzer Pablo Carlos Budassi.

2.) Es gibt unzählige Regionen, in denen die Inflation nicht aufgehört hat und bis heute anhält. Die Vorstellung, dass der Urknall überall auf einmal passiert ist, mag für unser Universum zutreffen, sollte aber sicherlich nicht für die große Mehrheit der im Multiversum existierenden Universen zutreffen. Unter der Annahme, dass die Inflation wie alle uns bekannten Bereiche ein Quantenfeld ist, muss sie sich über die Zeit ausbreiten, was bedeutet, dass sie in jeder Region des Weltraums mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit zu einem bestimmten Zeitpunkt endet, aber auch mit einer Wahrscheinlichkeit, dass sie sich für a fortsetzt während länger.

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. Bildnachweis: E. Siegel / Beyond The Galaxy.

In der Region, die zu unserem Universum wurde und möglicherweise eine große Region umfasst, 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 aufgehört hat. Diese Regionen wachsen und blähen sich im Laufe der Zeit auf, und obwohl in vielen dieser neuen Regionen die Inflation zu Ende gehen wird, werden die Regionen, in denen dies nicht der Fall ist, weiter aufblähen. Die Inflation sollte daher zumindest in einigen Regionen des Weltraums für die Zukunft ewig währen. Dies ist unabhängig davon, ob es für die Vergangenheit ewig war oder nicht.

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. Bildnachweis: E. Siegel / Beyond The Galaxy.

Die Annahme all dessen führt zu einer unausweichlichen Schlussfolgerung: Wir leben in einem Multiversum, und unser Universum ist nur eines von unzähligen, die in ihm existieren. Die Standardvorhersagen, die sich daraus ergeben, sind jedoch schwer wissenschaftlich umzusetzen. Sie beinhalten:

  • Dass verschiedene Regionen, in denen die Inflation aufhört, niemals kollidieren oder interagieren sollten.
  • Dass die fundamentalen Konstanten und Gesetze in verschiedenen Regionen dieselben sein sollten wie hier.
  • Und dass es, wenn die Inflation nicht für die Vergangenheit wirklich ewig war, nicht genug "Raum" gibt, um alle parallelen Universen aufzunehmen, die die Vielweltinterpretation der Quantenphysik erfordern würde.
Die Idee von Paralleluniversen, wie sie für Schrödingers Katze gilt. So unterhaltsam und überzeugend diese Idee auch ist, ohne eine unendlich große Region, in der diese Möglichkeiten enthalten sind, wird selbst die Inflation nicht genug Universen schaffen, um alle Möglichkeiten aufzunehmen, die uns 13,8 Milliarden Jahre kosmische Evolution gebracht haben. Bildnachweis: Christian Schirm.

Es ist immer möglich, ein konstruiertes Modell zu konstruieren, das diesen generischen Vorhersagen widerspricht, und einige Wissenschaftler machen Karriere damit. Sabine Hossenfelder, die in NPR schreibt, kritisiert diesen Ansatz zu Recht: "Nur weil eine Theorie fälschbar ist, heißt das nicht, dass sie wissenschaftlich ist." bedeutet nicht, dass das Multiversum nicht real ist. Wenn die kosmische Inflation, die Allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenfeldtheorie alle richtig sind, ist das Multiversum wahrscheinlich real und wir leben darin.

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. Bildnachweis: Ozytive / Public Domain.

Erwarten Sie nur nicht, dass es Ihre brennendsten Fragen zum Universum beantwortet. 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 schwierig 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 aufgelegt. Ethan hat zwei Bücher verfasst, Beyond The Galaxy und Treknology: The Science of Star Trek von Tricorders bis Warp Drive.