Es ist leicht, sich andere Universen vorzustellen, die von etwas anderen Gesetzen der Physik beherrscht werden, in denen kein intelligentes Leben oder überhaupt irgendwelche organisierten komplexen Systeme entstehen könnten. Sollten wir uns also wundern, dass es ein Universum gibt, in dem wir auftauchen konnten?
Das ist eine Frage der Physiker, mich eingeschlossen habe versucht zu antworten für Jahrzehnte. Aber es erweist sich als schwierig. Obwohl wir die kosmische Geschichte sicher bis zu einer Sekunde nach dem Urknall zurückverfolgen können, ist das, was davor geschah, schwerer einzuschätzen. Unsere Beschleuniger können einfach nicht genug Energie erzeugen, um die extremen Bedingungen zu reproduzieren, die in der ersten Nanosekunde vorherrschten.
Aber wir gehen davon aus, dass in diesem ersten winzigen Bruchteil einer Sekunde die Schlüsselmerkmale unseres Universums eingeprägt wurden.
Die Zustände des Universums lassen sich durch seine „fundamentale Konstanten„– feste Größen in der Natur, wie die Gravitationskonstante (genannt G) oder die Lichtgeschwindigkeit (genannt C). Es gibt ungefähr 30 davon, die die Größe und Stärke von Parametern wie Teilchenmassen, Kräfte oder die Expansion des Universums darstellen. Aber unsere Theorien erklären nicht, welche Werte diese Konstanten haben sollten, sondern wir müssen sie messen und ihre Werte in unsere Gleichungen einsetzen, um die Natur genau zu beschreiben.
Die Werte der Konstanten liegen in dem Bereich, der die Entwicklung komplexer Systeme wie Sterne, Planeten, Kohlenstoff und letztendlich Menschen ermöglicht. Physiker entdeckt haben dass, wenn wir einige dieser Parameter nur um ein paar Prozent verändern würden, unser Universum leblos werden würde. Die Tatsache, dass Leben existiert, bedarf daher einiger Erklärung.
Einige argumentieren, es sei nur ein glücklicher Zufall. Eine alternative Erklärung ist jedoch, dass wir in einem Multiversum leben, das Bereiche mit unterschiedlichen physikalischen Gesetzen und Werten fundamentaler Konstanten enthält. Die meisten könnten für das Leben völlig ungeeignet sein. Aber einige wenige sollten, statistisch gesehen, lebensfreundlich sein.
Drohende Revolution?
Was ist das Ausmaß der physischen Realität? Wir sind zuversichtlich, dass es umfangreicher ist als der Bereich, den Astronomen jemals beobachten können, selbst im Prinzip. Dieser Bereich ist definitiv endlich. Das liegt im Wesentlichen daran, dass, wie auf dem Ozean, Es gibt einen Horizont dass wir nicht weiter sehen können. Und so wie wir nicht glauben, dass der Ozean direkt hinter unserem Horizont aufhört, erwarten wir Galaxien jenseits der Grenze unseres beobachtbaren Universums. In unserem sich beschleunigenden Universum werden auch unsere entfernten Nachkommen sie niemals beobachten können.
Die meisten Physiker würden zustimmen, dass es Galaxien gibt, die wir niemals sehen können, und dass es mehr Galaxien gibt als die, die wir beobachten können. Wenn sie sich weit genug ausdehnen, kann sich alles, was wir uns vorstellen können, immer wieder wiederholen. Weit hinter dem Horizont könnten wir alle Avatare haben.
Dieser riesige (und größtenteils unbeobachtbare) Bereich wäre die Nachwirkung „unseres“ Urknalls – und würde wahrscheinlich von denselben physikalischen Gesetzen beherrscht werden, die in den Teilen des Universums vorherrschen, die wir beobachten können. Aber war unser Urknall der einzige?
Der Theorie der Inflationwas darauf hindeutet, dass das frühe Universum eine Periode durchgemacht hat, in der es sich jede Billionstel einer Billionstel einer Billionstel Sekunde verdoppelt hat beobachtende Unterstützung. Es erklärt, warum das Universum so groß und glatt ist, mit Ausnahme von Fluktuationen und Wellen, die die „Keime“ für die Galaxienbildung sind.
Aber Physiker darunter Andrej Linde habe gezeigt dass es unter bestimmten, aber plausiblen Annahmen über die ungewisse Physik in dieser alten Ära eine „ewige“ Produktion von Urknallen geben würde, von denen jeder ein neues Universum hervorbringen würde.
Die Stringtheorie, die ein Versuch ist, die Schwerkraft mit den Gesetzen der Mikrophysik zu vereinen, geht davon aus, dass alles im Universum aus winzigen, vibrierenden Fäden besteht. Aber es geht davon aus, dass es mehr Dimensionen gibt als die, die wir erfahren. Diese zusätzlichen Dimensionen sind so eng zusammengepresst, dass wir sie nicht alle bemerken. Und jede Art der Verdichtung könnte ein Universum mit unterschiedlicher Mikrophysik schaffen – so dass andere Urknalle, wenn sie abkühlen, anderen Gesetzen unterliegen könnten.
Die „Gesetze der Natur“ können daher in dieser noch größeren Perspektive lokale Gesetze sein, die unseren eigenen kosmischen Fleck regeln.
Wenn die physikalische Realität so ist, dann gibt es eine echte Motivation, „kontrafaktische“ Universen zu erforschen – Orte mit unterschiedlicher Schwerkraft, unterschiedlicher Physik und so weiter – um zu erforschen, welche Bereiche oder Parameter Komplexität entstehen lassen würden und welche zu sterilen oder „kontrafaktischen“ Universen führen würden. totgeborener“ Kosmos. Aufregend ist, dass dies andauert, mit neuere Forschung was darauf hindeutet, dass Sie sich Universen vorstellen könnten, die noch lebensfreundlicher sind als unsere eigenen. Die meisten „Optimierungen“ der physikalischen Konstanten würden jedoch dazu führen, dass ein Universum totgeboren wird.
Das heißt, einige Ich mag das Konzept des Multiversums nicht. Sie befürchten, dass dadurch die Hoffnung auf eine fundamentale Theorie zur Erklärung der Konstanten so vergeblich werden würde Keplers numerologische Suche Planetenbahnen mit verschachtelten platonischen Körpern in Beziehung zu setzen.
Aber unsere Vorlieben sind irrelevant für die Art und Weise, wie die physikalische Realität tatsächlich ist – daher sollten wir sicherlich offen für die Möglichkeit einer bevorstehenden großen kosmologischen Revolution sein. Zuerst hatten wir die kopernikanische Erkenntnis, dass die Erde nicht das Zentrum des Sonnensystems ist – sie dreht sich um die Sonne. Dann erkannten wir, dass es in unserer Galaxie Millionen von Planetensystemen gibt und dass es Millionen von Galaxien in unserem beobachtbaren Universum gibt.
Könnte es also sein, dass unser beobachtbarer Bereich – tatsächlich unser Urknall – ein winziger Teil eines viel größeren und möglicherweise vielfältigen Ensembles ist?
Physik oder Metaphysik?
Woher wissen wir, wie atypisch unser Universum ist? Um das zu beantworten, müssen wir die Wahrscheinlichkeiten jeder Kombination von Konstanten berechnen. Und das ist eine Dose voller Würmer, die wir noch nicht öffnen können – sie muss auf große theoretische Fortschritte warten.
Wir wissen letztendlich nicht, ob es noch andere Urknalle gibt. Aber sie sind nicht nur Metaphysik. Wir könnten eines Tages Gründe haben zu glauben, dass sie existieren.
Insbesondere, wenn wir eine Theorie hätten, die die Physik unter den extremen Bedingungen des ultrafrühen Urknalls beschreibt – und wenn diese Theorie auf andere Weise bestätigt worden wäre, zum Beispiel durch Ableitung einiger unerklärter Parameter im Standardmodell der Teilchenphysik – dann wenn es hat mehrere Big Bangs vorhergesagt, wir sollten es ernst nehmen.
Kritiker argumentieren manchmal, dass das Multiversum unwissenschaftlich sei, weil wir niemals andere Universen beobachten können. Aber ich bin anderer Meinung. Wir können das Innere von Schwarzen Löchern nicht beobachten, aber wir glauben, was Physiker Roger Penrose sagt darüber, was dort passiert – seine Theorie hat an Glaubwürdigkeit gewonnen, indem sie mit vielen Dingen übereinstimmt, die wir beobachten können.
Vor ungefähr 15 Jahren war ich auf einem Panel in Stanford, wo ich war wir wurden gefragt wie ernst wir das Multiversum-Konzept nahmen – auf der Skala „würdest du deinen Goldfisch, deinen Hund oder dein Leben verwetten“ darauf. Ich sagte, ich sei fast auf Hundeniveau. Linde sagte, er würde fast sein Leben verwetten. Später, als man ihm das sagte, Physiker Stefan Weinberg sagte, er würde „gerne den Hund von Martin Rees und das Leben von Andrei Linde verwetten“.
Leider vermute ich, dass Linde, mein Hund und ich alle tot sein werden, bevor wir eine Antwort haben.
Tatsächlich können wir nicht einmal sicher sein, dass wir die Antwort verstehen – genauso wie die Quantentheorie für Affen zu schwierig ist. Es ist vorstellbar, dass maschinelle Intelligenz die geometrischen Feinheiten einiger Stringtheorien erforschen und beispielsweise einige generische Merkmale des Standardmodells ausspucken könnte. Wir würden dann Vertrauen in die Theorie haben und ihre anderen Vorhersagen ernst nehmen.
Aber wir hätten nie den „Aha“-Einblick, der für einen Theoretiker die größte Befriedigung ist. Die physische Realität auf ihrer tiefsten Ebene könnte so tiefgreifend sein, dass ihre Aufklärung posthumane Spezies abwarten müsste – so deprimierend oder berauschend das auch sein mag, je nach Geschmack. Aber das ist kein Grund, das Multiversum als unwissenschaftlich abzutun.
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