Wie die Wissenschaft "einigermaßen wissenschaftliche" Hypothesen von "unwissenschaftlichen" trennt
Die Idee anderer Universen ist tief in der Science-Fiction verwurzelt. Aber auch außerhalb der Fiktion kann man Argumente über Multiversum und viele parallele Welten finden. Deshalb beschloss Attic herauszufinden, wie nahe diese Ideen an der realen Physik liegen.
Das Multiversum, über das Sean Carroll, Experte für Kosmologie und Autor des kürzlich in Russland veröffentlichten populären Buches „Eternity. Auf der Suche nach der ultimativen Zeittheorie “ist eine Hypothese über die Struktur unseres Universums jenseits der Grenzen der Region, die unserer Beobachtung zugänglich ist.
Was bedeutet das? Die Lichtgeschwindigkeit ist begrenzt und das Universum dehnt sich in alle Richtungen aus - während wir nur einen bestimmten Teil des Raums sehen können. Und es ist weit davon entfernt, dass die Welt außerhalb ihrer Grenzen genauso angeordnet ist wie in der Nähe der Erde. Hypothetisch kann es außerhalb der für die Beobachtung zugänglichen Sphäre beispielsweise ein völlig anderes Verhältnis von gewöhnlicher und dunkler Materie geben. Oder überhaupt - einige andere physikalische Prinzipien funktionieren bis zu einer Erhöhung der Anzahl der Dimensionen.
Abbildung: Anatoly Lapushko / Chrdk.
Der gesunde Menschenverstand sagt uns natürlich, dass die Eigenschaften des Universums überall gleich sein sollten. "Gesunder Menschenverstand" ist jedoch keine sehr gute Sache für die Kosmologie, die Wissenschaft der Raumzeit in sehr großem Maßstab. Die Annahme, dass die Substanz, die wir im Universum kennen, zehnmal kleiner ist als eine mysteriöse dunkle Materie, widersprach ebenfalls völlig dem gesunden Menschenverstand. In einer solchen Welt, die hauptsächlich aus dunkler Materie besteht, leben wir heute. Das Problem mit der Idee, dass sich das Universum dramatisch verändert, wo wir es nicht mehr sehen können, ist nicht ungewöhnlich, aber dass eine solche Idee nicht getestet werden kann.
Ein Universum mit hypothetisch unterschiedlichen physikalischen Gesetzen wird als kosmologisches Multiversum bezeichnet. Ein solches Universum ist geometrisch eins - in dem Sinne, dass eine durchgehende Linie zwischen zwei beliebigen Punkten gezogen werden kann, ohne dass Portale und andere exotische Dinge konstruiert werden müssen. Und dieses kosmologische Multiversum sollte zum Beispiel nicht mit einem multiplen Universum in der Vielwelteninterpretation der Quantenmechanik verwechselt werden.
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Quantenmechanik vieler Welten
Am anderen Ende des "Skalengitters des Universums" befindet sich ein Mikrokosmos, in dem Ereignisse durch die Quantenmechanik beschrieben werden. Wir wissen bereits, dass Elementarteilchen: Elektronen, Quarks, Gluonen und ihre anderen Cousins sich nach Regeln verhalten, die in der Welt, die wir gewohnt sind, nicht befolgt werden. So kann jedes Teilchen in der Quantenmechanik als Welle betrachtet werden - und scheinbar "feste" Atome, die im Chemiekurs der Schule als Kugeln dargestellt werden, streuen bei Kollision mit einem Hindernis wie Wellen. Jedes Quantenobjekt wird mathematisch nicht als eine im Raum begrenzte Kugel oder ein Punkt beschrieben, sondern als eine Wellenfunktion, die gleichzeitig an allen Punkten seiner Flugbahn durch den Raum existiert. Wir können nur die Wahrscheinlichkeit berechnen, dass es an dem einen oder anderen Ort gefunden wird. Größen wie der Impuls eines Teilchens,Seine Energie und exotischere Eigenschaften wie Spin werden ebenfalls aus der Wellenfunktion berechnet: Wir können sagen, dass dieses mathematische Objekt, das den gesamten Raum abdeckt, die grundlegende Grundlage der Quantenmechanik und der gesamten Physik des 20. Jahrhunderts darstellt.
Berechnungen auf der Grundlage von Wellenfunktionen und Operatoren (Operatoren ermöglichen es, bestimmte Größen aus der Wellenfunktion zu erhalten) stimmen hervorragend mit der Realität überein. Beispielsweise ist die Quantenelektrodynamik heute das genaueste physikalische Modell in der Geschichte der Menschheit, und unter den Quantentechnologien gibt es Laser, die gesamte moderne Mikroelektronik, das schnelle Internet, an das wir gewöhnt sind, und sogar eine Reihe von Arzneimitteln: Die Suche nach vielversprechenden Substanzen für die Medizin erfolgt auch durch Modellierung der Wechselwirkungen von Molekülen. mit dem Freund. Aus angewandter Sicht sind Quantenmodelle sehr gut, aber auf konzeptioneller Ebene tritt ein Problem auf.
Wellenfunktionen, die einem Elektron in einem Wasserstoffatom bei verschiedenen Energieniveaus entsprechen. Helle Bereiche entsprechen dem Maximum der Wellenfunktion, und an diesen Stellen wird das Teilchen am wahrscheinlichsten erfasst. Die Wahrscheinlichkeit, dasselbe Elektron im nächsten Raum zu finden, ist zwar vernachlässigbar gering, aber nicht Null.
Das Wesentliche dieses Problems ist, dass Quantenobjekte zerstört werden können: Zum Beispiel, wenn ein Photon (Lichtquantum) auf die Kameramatrix trifft oder einfach mit einer undurchsichtigen Oberfläche kollidiert. Bis zu diesem Punkt wurde das Photon durch die Wellenfunktion perfekt beschrieben, und nach einem Moment verschwindet die im Raum ausgedehnte Welle: Es stellt sich heraus, dass eine bestimmte Änderung das gesamte Universum betraf und schneller als die Lichtgeschwindigkeit ablief (wie kann das überhaupt sein?). Dies ist selbst im Fall eines einzelnen Photons problematisch, aber was ist mit der Wellenfunktion von zwei Photonen, die von einer Quelle in zwei entgegengesetzten Richtungen emittiert werden? Wenn zum Beispiel solche zwei Photonen nahe der Oberfläche eines entfernten Sterns geboren wurden und eines von ihnen von einem Teleskop auf der Erde gefangen wurde, was ist dann mit dem zweiten, das viele Lichtjahre entfernt ist? Formal bildet es ein einziges System mit dem ersten,Es ist jedoch schwer vorstellbar, dass eine Änderung in einem Teil des Systems sofort allen anderen Teilen mitgeteilt wird. Ein weiteres Beispiel für ein Quantensystem, bei dem das Verschwinden der Wellenfunktion zu konzeptionellen Problemen führt, ist die berühmte Schrödingerkatze, die sich in einer geschlossenen Box mit einem Gerät befindet, das auf der Grundlage eines probabilistischen Quantenprozesses eine Ampulle entweder mit Gift zerbricht oder intakt lässt. Vor dem Öffnen der Schachtel ist Schrödingers Katze gleichzeitig lebendig und tot: Ihr Zustand spiegelt die Wellenfunktion eines Quantensystems in einem Mechanismus mit Gift wider. Das befindet sich in einer geschlossenen Box mit einem Gerät, das auf der Grundlage eines probabilistischen Quantenprozesses entweder eine Ampulle mit Gift bricht oder sie intakt lässt. Vor dem Öffnen der Schachtel ist Schrödingers Katze gleichzeitig lebendig und tot: Ihr Zustand spiegelt die Wellenfunktion eines Quantensystems in einem Mechanismus mit Gift wider. Das befindet sich in einer geschlossenen Box mit einem Gerät, das auf der Grundlage eines probabilistischen Quantenprozesses entweder eine Ampulle mit Gift bricht oder sie intakt lässt. Vor dem Öffnen der Schachtel ist Schrödingers Katze gleichzeitig lebendig und tot: Ihr Zustand spiegelt die Wellenfunktion eines Quantensystems in einem Mechanismus mit Gift wider.
Die gebräuchlichste Interpretation der Quantenmechanik, Kopenhagen, schlägt vor, einfach das Paradox der Welt zu akzeptieren - und zuzugeben, dass die Welle / das Teilchen trotz allem sofort verschwindet. Die Alternative dazu ist die Interpretation vieler Welten. Ihr zufolge ist unser Universum eine Sammlung nicht interagierender Welten, von denen jede einen Quantenzustand darstellt: Wenn Sie eine Kiste mit einer Katze öffnen, erscheinen zwei Welten - in einer von ihnen lebt die Katze und in der anderen ist sie tot. Wenn ein Photon durch einen halbtransparenten Spiegel geht, wird die Welt ebenfalls in zwei Teile geteilt: In einem wird ein Lichtquantum von der Oberfläche reflektiert und in dem anderen nicht. Und so führt jeder Quantenprozess zur Entstehung von immer mehr verzweigten Welten.
Theoretisch können sich einige dieser Zweige stark von unseren unterscheiden. Ein Atom, das kurz nach dem Urknall in die falsche Richtung flog, hätte durchaus zu einer anderen Verteilung von heißem Gas führen können, zur Geburt von Sternen an völlig anderen Orten und damit zur Tatsache, dass die Erde im Prinzip nicht entstanden ist. Dieses Bild kann jedoch nicht als Problem der Interpretation vieler Welten bezeichnet werden. Das eigentliche Problem liegt in der Unmöglichkeit, die Richtigkeit dieses Verständnisses der Quantenmechanik in der Praxis zu überprüfen: Die einzelnen Komponenten des multiplen Universums interagieren per Definition nicht miteinander.
Die Idee von Zeitreisen und alternativen Universen hat sich seit den Tagen der klassischen Fiktion stark verschlechtert. Neben dem Begriff "Hitman", der unter Fans des Genres berüchtigt ist (ein Held aus unserer Zeit, zum Beispiel zu Zeiten Iwan des Schrecklichen), kann man sich an den Parodiefilm Kung Fury erinnern, aus dem dieser Screenshot stammt.
Irgendwo gibt es vielleicht eine Erde, die von intelligenten Dinosauriern bewohnt wird, irgendwo, wo das Große Mongolische Reich 1564 auf den Monden des Jupiter landete, aber es gibt keine Portale zwischen diesen Welten - sie gingen aufgrund von Quantenprozessen in der fernen Vergangenheit auseinander. Eine Theorie, die aus Sicht der Wissenschaftsphilosophie die Möglichkeit nahe legt, in eine dieser Welten zu gelangen, wäre nicht weniger, sondern wissenschaftlicher, da man versuchen könnte, sie zu testen.