Das Universum ist dort, wo es immer war und immer sein wird. Zumindest wurde uns das gesagt und folgt aus dem Wort "Universum". Unabhängig von der wahren Natur des Universums ist unsere Fähigkeit, Informationen darüber zu sammeln, grundlegend begrenzt. Seit dem Urknall sind 13,8 Milliarden Jahre vergangen, und die Geschwindigkeit, mit der Informationen übertragen werden - die Endgeschwindigkeit, die Lichtgeschwindigkeit - ist begrenzt. Während das gesamte Universum wirklich unbegrenzt sein kann, ist dies das beobachtbare Universum nicht.
Nach den Leitgedanken der theoretischen Physik kann unser Universum eine kleine Region mit riesigen multiplen Universen sein, die unendlich viele sein können. Einige dieser Ideen sind wirklich wissenschaftlich, andere sind rein spekulatives Wunschdenken. Lassen Sie uns lernen, wie man sie trennt. Aber zuerst ein kleiner Hintergrund.
Gibt es mehrere Universen?
Das moderne Universum bietet uns einige interessante Fakten, die zumindest mit Hilfe von wissenschaftlichen Objekten von Weltklasse sehr einfach zu beobachten und zu verifizieren sind. Wir wissen, dass sich das Universum ausdehnt: Wir können die Eigenschaften von Galaxien messen, ihre Entfernung und Geschwindigkeit herausfinden, um uns von uns wegzubewegen. Je weiter sie entfernt sind, desto schneller werden sie entfernt. Im Kontext der allgemeinen Relativitätstheorie bedeutet dies, dass sich das Universum ausdehnt.
Und wenn sich das Universum heute ausdehnt, bedeutet dies, dass es in der Vergangenheit kleiner und dichter war. Wenn Sie in der Vergangenheit tief genug gehen, werden Sie feststellen, dass es auch homogener (weil die Schwerkraft einige Zeit brauchte, um alles in Haufen zu sammeln) und heißer (weil kürzere Lichtwellenlängen höhere Energien und Temperaturen bedeuten). Dies bringt uns zurück zum Urknall.
Aber der Urknall war nicht der Anfang des Universums. Wir können nur bis zu einem bestimmten Zeitpunkt in die Vergangenheit schauen, danach werden die Vorhersagen des Urknalls nicht mehr wahr. Es gibt verschiedene Beobachtungen von Dingen im Universum, die der Urknall nicht erklärt, aber die Theorie der kosmischen Inflation.
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In den 1980er Jahren wurden einige theoretische Implikationen der Inflation entwickelt, darunter:
- Wie sollte die Aussaat von großflächigen Strukturen aussehen?
- dass Temperatur- und Dichteschwankungen auf einer Skala existieren müssen, die den kosmischen Horizont überschreitet;
- dass alle Regionen des Raums, auch bei Schwankungen, eine konstante Entropie haben müssen;
- sollte die maximale Temperatur sein, die der Urknall erreicht.
In den 1990er, 2000er und 2010er Jahren wurden diese vier Vorhersagen mit hoher Genauigkeit beobachtend bestätigt. Die kosmische Inflation gewinnt.
Die Inflation sagt uns, dass das Universum vor dem Urknall nicht mit Partikeln, Antiteilchen und Strahlung gefüllt war. Stattdessen wurde es mit der Energie gefüllt, die dem Raum selbst innewohnt, und diese Energie bewirkte, dass sich der Raum schnell, unaufhaltsam und exponentiell ausdehnte. Irgendwann endete die Inflation und es stellte sich heraus, dass die gesamte (oder fast die gesamte) Energie in Materie und Energie umgewandelt wurde, was einen heißen Urknall auslöste. Das Ende der Inflation markierte den Beginn des Urknalls. Das heißt, es gab einen Urknall, aber nicht ganz am Anfang.
Wenn dies die ganze Geschichte wäre, hätten wir ein extrem großes Universum in unseren Händen. Seine Eigenschaften wären überall gleich, die Gesetze sind gleich, und die Teile, die sich jenseits des sichtbaren Horizonts befinden, wären dem Ort ähnlich, an dem wir uns befinden, aber es wäre unmöglich, sie mehrere Universen zu nennen.
Das heißt, es wäre nicht möglich, bis Sie sich daran erinnern, dass alles, was physikalisch existiert, quantenhafter Natur sein muss. Selbst die Inflation mit all den Unbekannten muss ein Quantenfeld sein.
Wenn Sie Inflation benötigen, um die Eigenschaften von Quantenfeldern zu haben:
- in seinen Eigenschaften müssen ihnen Unsicherheiten inhärent sein;
- das Feld muss durch eine Wellenfunktion beschrieben werden;
- Feldwerte erstrecken sich über die Zeit;
dann kommen Sie zu einem ungewöhnlichen Ergebnis.
Die Inflation endete nicht überall zur gleichen Zeit, sondern an getrennten, ausgewählten, unabhängigen Orten, während der Raum zwischen ihnen weiter anschwoll. Es muss mehrere riesige Regionen des Weltraums geben, in denen die Inflation endet und der Urknall beginnt, aber sie werden sich niemals treffen, weil sie durch Regionen mit schwellendem Weltraum getrennt sind. Einmal begonnen, wird die Inflation zumindest an einigen Stellen mit Sicherheit und auf unbestimmte Zeit anhalten.
Wenn die Inflation endet, bekommen wir einen Urknall. Der Teil des Universums, den wir beobachten, ist nur ein Teil der Region, in der die Inflation geendet hat, jenseits derer es einen Großteil des nicht beobachtbaren Universums gibt. Und es gibt eine große Anzahl von Regionen, die untereinander aufgeteilt sind und genau dieselbe Geschichte haben.
Dies ist die Idee mehrerer Universen. Wie Sie sehen können, basiert es auf zwei unabhängigen, gut etablierten und allgemein akzeptierten Aspekten der theoretischen Physik: der Quantennatur von allem und den Eigenschaften der kosmischen Inflation. Es gibt keine Möglichkeit, es zu messen, und es gibt keine Möglichkeit, den nicht beobachtbaren Teil des Universums zu messen. Aber die beiden zugrunde liegenden Theorien Inflation und Quantenphysik haben sich bewährt. Wenn sie korrekt sind, werden mehrere Universen die unvermeidliche Folge davon sein, und wir werden in ihnen leben.
Na und? Es gibt viele theoretische Implikationen, die unvermeidlich sind, die wir aber nicht sicher wissen können, weil wir sie nicht verifizieren können. Mehrere Universen sind eine solche Konsequenz. Nicht, dass es hilfreich wäre, es ist nur eine interessante Vorhersage, die aus Theorien stammt.
Warum schreiben so viele theoretische Physiker Arbeiten über mehrere Universen? Zum Thema Paralleluniversen und ihrer Beziehung zu unseren eigenen? Warum behaupten sie, dass mehrere Universen an Strings gebunden sind, eine kosmologische Konstante und die Tatsache, dass unser Universum ideal auf das Leben abgestimmt ist?
Weil sie keine besseren Ideen haben.
Im Kontext der Stringtheorie gibt es eine riesige Liste von Parametern, die im Prinzip fast jeden Wert annehmen können. Diese Theorie macht keine Vorhersagen für sie, daher sind wir gezwungen, ihre Bedeutung im Kontext von String Vacua herauszufinden. Wenn Sie von unglaublich großen Zahlen wie der berühmten Potenz 10 bis 500 gehört haben, die in der Stringtheorie vorkommen, beziehen sie sich auf die möglichen Bedeutungen von String Vacua. Wir wissen noch nicht, was sie sind oder warum sie solche Bedeutungen haben. Niemand weiß, wie man sie zählt.
Anstatt zu sagen: "Dies sind mehrere Universen!", Denken die Leute so:
- Wir wissen nicht, warum die Grundkonstanten die Werte haben, die sie haben.
- Wir wissen nicht, warum die Gesetze der Physik so sind, wie sie sind.
- Die Stringtheorie ist ein Rahmen, der unsere Gesetze der Physik mit unseren Grundkonstanten versorgen und uns andere Gesetze oder Konstanten geben könnte.
- Wenn wir also mehrere Universen haben, in denen verschiedene Regionen unterschiedliche Gesetze und Konstanten haben, kann eine davon unsere sein.
Das Problem ist, dass all dies nicht nur rein spekulativ ist, sondern angesichts der Inflation und der Quantenphysik kein Grund zu der Annahme besteht, dass die aufgeblasene Raumzeit in verschiedenen Regionen unterschiedliche Gesetze oder Konstanten hat.
Gefällt dir dieser Denkansatz nicht? Und niemand mag es.
Wie wir bereits herausgefunden haben, sind mehrere Universen keine wissenschaftliche Theorie für sich. Es ist vielmehr eine theoretische Konsequenz der Gesetze der Physik in ihrem vollsten Verständnis. Selbst wenn Sie ein inflationäres Universum haben, das von der Quantenphysik regiert wird, werden Sie daran gebunden sein. Aber - wie die Stringtheorie - hat sie Probleme: Sie sagt nichts voraus, was wir beobachtet haben und ohne sie nicht erklären könnten, und sie sagt nichts Konkretes voraus, das wir uns ansehen könnten.
In diesem physischen Universum ist es wichtig, alles zu beobachten, was wir können, und nach und nach jedes Wissen zu sammeln, zu dem wir Zugang haben. Nur aus einem vollständigen Datensatz, von dem wir hoffen, dass er korrekt ist, können wissenschaftliche Beurteilungen über die Natur des Universums vorgenommen werden. Einige dieser Ergebnisse werden Konsequenzen haben, die wir nicht messen und beweisen können: zum Beispiel die Existenz mehrerer Universen. Aber wenn Menschen über fundamentale Konstanten sprechen, über die Gesetze der Physik, über die Werte von Saitenstaubsaugern, dann beschäftigen sie sich nicht mit Wissenschaft, sie reden nur. Sie können so viel über mehrere Universen klatschen, wie Sie möchten, und die herausragenden Werke solcher Theoretiker als Beispiel anführen, aber Sie können dies nicht wissenschaftlich beurteilen.
Ilya Khel
