Die Existenz paralleler Universen mag wie eine fantastische Frage erscheinen, die sich nur Science-Fiction-Autoren stellen können und die nichts mit moderner theoretischer Physik zu tun hat. Die Idee, dass wir in einem multiplen Universum paralleler Universen leben, wurde lange Zeit als wissenschaftlich fundiert angesehen - wenn auch höchst kontrovers. Die Suche nach Möglichkeiten, diese Theorie zu testen, einschließlich des Scannens des Himmels nach Kollisionen mit anderen Universen, ist jedoch in vollem Gange.
Es ist wichtig zu bedenken, dass die Theorie des multiplen Universums nicht wirklich eine Theorie ist, sondern eine Folge unseres gegenwärtigen Verständnisses der theoretischen Physik. Dies ist ein wichtiger Unterschied. Wir können nicht aufgeben und sagen: "Okay, lass uns ein Multiversum haben." Dass unser Universum eines von vielen anderen sein könnte, ergibt sich aus aktuellen Theorien wie der Quantenmechanik und der Stringtheorie.
Interpretation vieler Welten
Sie haben vielleicht von dem Gedankenexperiment mit Schrödingers Katze gehört, einem gruseligen Tier, das in einer geschlossenen Kiste lebt. Das Öffnen der Schachtel ermöglicht es uns, eine der möglichen Geschichten unserer zukünftigen Katze herauszufinden, einschließlich der, in der sie sowohl lebt als auch tot ist. Der Grund, warum dies unmöglich erscheint, ist, dass unsere menschliche Intuition mit diesem Ergebnis einfach nicht vertraut ist.
Nach den seltsamen Regeln der Quantenmechanik ist eine solche Zukunft jedoch durchaus möglich. Der Grund, warum dies passieren kann, liegt in den enormen Möglichkeiten der Quantenmechanik. Mathematisch gesehen ist ein quantenmechanischer Zustand die Summe (Überlagerung) aller möglichen Zustände. Bei Schrödingers Katze befindet sich die Katze in einer Überlagerung der Zustände "lebendig" und "tot".
Aber wie können wir all dies mit unserem gesunden Menschenverstand in Einklang bringen? Es kann angenommen werden, dass von all diesen Zuständen nur einer "objektiv wahr" ist: was wir beobachten. Es kann jedoch davon ausgegangen werden, dass alle Möglichkeiten wahr sind und in verschiedenen Universen eines multiplen Universums existieren.
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String Landschaft
Die Stringtheorie ist eines unserer vielversprechendsten Forschungsgebiete, das Quantenmechanik und Schwerkraft kombinieren kann. Dies ist äußerst schwierig, da die Gravitationskraft in kleinen Entfernungen, in denen Atome und subatomare Teilchen funktionieren, im Bereich der Quantenmechanik schwer zu beschreiben ist.
Die Stringtheorie, die behauptet, dass alle fundamentalen Teilchen aus eindimensionalen Strings bestehen, kann jedoch alle bekannten Naturkräfte gleichzeitig beschreiben: Schwerkraft, Elektromagnetismus und nukleare Wechselwirkungen.
Damit die Stringtheorie mathematisch funktioniert, sind jedoch mindestens zehn physikalische Dimensionen erforderlich. Da wir nur vier Dimensionen beobachten können: Höhe, Breite, Tiefe (räumlich) und Zeit (zeitlich), müssen die zusätzlichen Dimensionen der Stringtheorie irgendwie verborgen bleiben.
Um diese Theorie zur Erklärung der uns bekannten physikalischen Phänomene zu verwenden, müssen diese zusätzlichen Dimensionen „verdichtet“und zusammengerollt werden, damit sie nicht gesehen werden können. Vielleicht gibt es an jedem Punkt in unseren vier Hauptdimensionen sechs zusätzliche nicht unterscheidbare Dimensionen.
Das Problem oder, wie manche sagen würden, Merkmal der Stringtheorie ist, dass es viele Möglichkeiten gibt, diese Verdichtung durchzuführen - 10 ^ 500 Möglichkeiten. Jede dieser Verdichtungen führt zu einem Universum mit unterschiedlichen physikalischen Gesetzen - mit unterschiedlichen Elektronenmassen und Gravitationskonstanten. Es gibt jedoch auch energetische Einwände gegen die Verdichtungsmethode, sodass das Problem nicht als gelöst angesehen werden kann.
Daraus ergibt sich die Frage: In welcher der möglichen Fadenlandschaften leben wir? Die Stringtheorie selbst bietet keinen Mechanismus für diese Vorhersage, wodurch sie aufgrund ihrer nicht testbaren Natur unbrauchbar wird. Glücklicherweise hat die Idee hinter unserer Erforschung der Kosmologie des frühen Universums diesen Fehler zu einem Merkmal gemacht.
Frühes Universum
Zur Zeit des frühesten Universums, noch vor dem Urknall, erlebte das Universum eine Phase beschleunigter Expansion - Inflation. Die Inflation sollte ursprünglich erklären, warum die Temperatur des gegenwärtigen beobachtbaren Universums nahezu gleichmäßig ist.
Diese Theorie sagte jedoch auch ein Spektrum von Temperaturschwankungen um dieses Gleichgewicht voraus, das später vom Cosmic Backgroung Explorer, der Wilkinson Microwave Anisotropy Probe und dem PLANCK-Raumschiff bestätigt wurde.
Obwohl die genauen Details dieser Theorie immer noch heiß diskutiert werden, wird die Inflation von den Physikern gut aufgenommen. Die Implikation dieser Theorie ist jedoch, dass es andere Teile des Universums geben muss, die sich noch beschleunigen.
Aufgrund von Quantenschwankungen in der Raumzeit werden einige Teile des Universums jedoch niemals den endgültigen Inflationszustand erreichen. Dies bedeutet, dass sich das Universum zumindest nach unserem derzeitigen Verständnis in einem Zustand ständiger Inflation befindet. Einige seiner Teile können schließlich zu anderen Universen werden, die wiederum anders sind. Ein solcher Mechanismus erzeugt eine unendliche Anzahl von Universen.
Wenn Sie dieses Szenario mit der Stringtheorie kombinieren, besteht die Möglichkeit, dass jedes dieser Universen eine andere Verdichtung zusätzlicher Dimensionen und damit unterschiedliche physikalische Gesetze aufweist.
Die Theorie testen
Solche Universen, die durch die String- und Inflationstheorie vorhergesagt werden und im selben physikalischen Raum leben (im Gegensatz zu vielen quantenmechanischen Universen, die im mathematischen Raum leben), können sich überlappen oder kollidieren. Sie werden unweigerlich kollidieren und mögliche Signaturen am kosmischen Himmel hinterlassen, nach denen wir suchen können.
Die genauen Details dieser Signaturen hängen von bestimmten Modellen ab - von kalten bis heißen Stellen im kosmischen Mikrowellenhintergrund bis zu anomalen Hohlräumen bei der Verteilung von Galaxien. Da jedoch Kollisionen mit anderen Universen in einer bestimmten Richtung stattfinden müssen, wird erwartet, dass Signaturen die Homogenität unseres beobachtbaren Universums beeinträchtigen.
Wissenschaftler suchen aktiv nach diesen Signaturen. Einige blicken in die Abdrücke des kosmischen Mikrowellenhintergrunds, dem Nachglühen des Urknalls. Es wurden jedoch noch keine derartigen Signaturen gefunden. Andere suchen nach einer indirekten Bestätigung in Form von Gravitationswellen, Wellen im Gefüge der Raumzeit, die auftreten, wenn massive Objekte durch sie hindurchtreten. Solche Wellen können die Existenz der Inflation direkt bestätigen, was die Theorie mehrerer Universen weiter stärken wird.
Ob wir ihre Existenz beweisen können oder nicht, ist noch unbekannt. Angesichts der enormen Auswirkungen solcher Beweise lohnt es sich jedoch, die Suche fortzusetzen.
ILYA KHEL
