Wie das Multiversum die wissenschaftliche Methode brechen könnte

Lassen Sie uns heute einen Spaziergang auf der wilden Seite machen und annehmen, um der Argumentation willen, dass unser Universum nicht das einzige da draußen ist. Bedenken Sie, dass es viele andere Universen gibt, vielleicht unendlich viele. Die Gesamtheit dieser Universen, einschließlich unseres eigenen, nennen Kosmologen das Multiversum. Eher eine Fabel als eine wissenschaftliche Hypothese, inspiriert diese konzeptionelle Frechheit einige, während sie andere irritiert.

Wie weit können wir die Theorien der Physik treiben?

Die Kontroverse begann in den 1980er Jahren. Zwei Physiker, Andre Lind von der Stanford University und Alex Vilenkin von der Tufts University, haben unabhängig voneinander vorgeschlagen, dass das Universum nicht unser einziges Universum wäre, wenn es schon früh in seiner Existenz eine sehr schnelle Expansion erfahren hätte – wir nennen dies eine inflationäre Expansion.

Es wird davon ausgegangen, dass diese inflationäre Wachstumsphase ein Billionstel eines Billionstels einer Billionstelsekunde nach Beginn der Zeit eingetreten ist. Das sind ungefähr 10-36 Sekunden nach der “Explosion”, als die Uhr für die Expansion unseres Universums zu ticken begann. Sie könnten fragen: “Wie fühlen sich diese Wissenschaftler wohl dabei, über lächerlich kleine Zeiten zu sprechen? War das Universum damals nicht lächerlich dicht?”

Nun, die Wahrheit ist, dass wir noch keine Theorie haben, die die Physik unter diesen Bedingungen beschreibt. Was wir haben, ist eine Extrapolation basierend auf dem, was wir heute wissen. Das ist nicht ideal, aber aufgrund unseres Mangels an empirischen Daten können wir nur hier ansetzen. Ohne Daten müssen wir unsere Theorien so weit treiben, wie wir es für vernünftig halten. Was für einige Theoretiker vernünftig ist, wird es natürlich für andere nicht sein. Und hier wird es interessant.

Die Annahme hier ist, dass wir im Wesentlichen die gleiche Physik auf Energien anwenden können, die etwa tausend Billionen Mal größer sind als diejenigen, die wir am Large Hadron Collider untersuchen können, dem riesigen Beschleuniger der Europäischen Organisation für Kernforschung in der Schweiz. Und selbst wenn wir nicht genau dieselbe Physik anwenden können, können wir zumindest Physik mit ähnlichen Akteuren anwenden.

Intermittierendes Wasser, Quantenfelder

In der Hochenergiephysik sind alle Zeichen Felder. Felder bedeuten hier Störungen, die die Leere füllen und sich im Laufe der Zeit ändern können oder auch nicht. Das anfängliche Bild des Feldes ist das Bild des Wassers, das den Teich füllt. Wasser ist in einem Teich allgegenwärtig, wobei bestimmte Eigenschaften an jedem Punkt Werte annehmen: zum Beispiel Temperatur, Druck und Salzgehalt. Felder haben eine Erregung, die wir Teilchen nennen. Das Elektronenfeld enthält das Elektron als Anregung. Das Higgs-Feld enthält das Higgs-Boson. In diesem einfachen Bild können wir uns die Partikel als Wasserwellen vorstellen, die sich entlang der Oberfläche des Teichs ausbreiten. Das ist kein perfektes Bild, aber es hilft der Vorstellungskraft.

Der berühmteste Protagonist, der die inflationäre Expansion antreibt, ist das Skalarfeld – eine Entität mit Eigenschaften, die vom Higgs-Boson inspiriert sind, das im Juli 2012 am Large Hadron Collider entdeckt wurde.

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Wir wissen nicht, ob es Skalarfelder in der kosmischen Kindheit gibt, aber es ist vernünftig anzunehmen, dass sie existieren. Ohne sie wären wir schrecklich festgefahren und versuchten uns vorzustellen, was passiert ist. Wie oben erwähnt, können wir, wenn wir keine Daten haben, bestenfalls vernünftige Hypothesen aufstellen, von denen wir hoffen, dass sie in zukünftigen Experimenten getestet werden.

Um zu sehen, wie wir das Skalarfeld verwenden, um die Inflation zu modellieren, stellen Sie sich einen Ball vor, der bergab rollt. Solange sich der Ball in einer Höhe über dem Fuß des Hügels befindet, rollt er herunter. Es hat Energie gespeichert. Unten setzen wir seine Energie auf Null. Dasselbe machen wir mit der Standard-Domain. Solange es unter die untere Linie verschoben wird, wird es das Universum mit seiner Energie erfüllen. In ausreichend großen Gebieten führt diese Energie zu einer schnellen Ausdehnung des Raums, was ein Zeichen von Inflation ist.

Lind und Flinken fügten diesem Bild Quantenphysik hinzu. In der Quantenwelt ist alles angespannt. Alles vibriert endlos. Dies ist der Ursprung der Quantenunsicherheit, einer Idee, die sich dem gesunden Menschenverstand widersetzt. Wenn das Feld also die Hänge hinunterrollt, erfährt es auch diese Quantensprünge, die es nach unten oder mehr drücken können. Es ist, als würden die Wellen im Teich unregelmäßig Gipfel und Täler erzeugen. Intermittierendes Wasser, diese Quantenfelder.

Hier kommt die Torsion: Wenn ein ausreichend großer Raum mit einem bestimmten Energiefeld gefüllt ist, dehnt er sich mit einer Rate aus, die dieser Energie entspricht. Denken Sie an die Temperatur des Wassers im Pool. Verschiedene Bereiche des Feldraums haben unterschiedliche Höhen, genauso wie verschiedene Bereiche eines Teichs Wasser mit unterschiedlichen Temperaturen enthalten können. Das Ergebnis der Kosmologie ist eine große Anzahl wahnsinnig aufgeblähter Raumregionen, die sich jeweils mit ihrer eigenen Geschwindigkeit ausdehnen. Sehr schnell würde das Universum aus unzähligen sich aufblähenden Regionen bestehen, die wachsen, ohne sich ihrer Umgebung bewusst zu sein. Das Universum verwandelt sich in ein Multiversum. Selbst innerhalb einer Region können quantitative Schwankungen eine Teilregion zum Aufblähen treiben. Das Bild ist also eines eines sich ewig vermehrenden Universums, gefüllt mit Blasen innerhalb von Blasen. Unser Land wird nur einer von ihnen sein – eine Blase in einem schäumenden Multiversum.

Ist das Multiversum testbar?

Das ist sehr inspirierend. Aber ist das Wissenschaft? Damit eine Hypothese wissenschaftlich ist, muss sie überprüfbar sein. Kannst du das Multiversum testen? Die Antwort ist streng genommen nein. Jede dieser aufgeblähten Regionen – oder aufgeblähten, in denen es auch gescheiterte Universen geben kann – liegt außerhalb unseres kosmischen Horizonts, der Region, die die Entfernung bestimmt, die das Licht seit Anbeginn der Zeit zurückgelegt hat. Daher können wir diese Kosmoiden weder sehen noch Signale von ihnen empfangen. Das Beste, worauf wir hoffen können, ist, ein Zeichen dafür zu finden, dass ein benachbartes Universum in der Vergangenheit unseren Weltraum getroffen hat. Wenn dies geschieht, werden wir einige spezifische Muster am Himmel sehen – genauer gesagt in der Strahlung, die nach der Bildung von Wasserstoffatomen etwa 400.000 Jahre nach dem Urknall zurückbleibt. Bisher wurde kein solches Signal gefunden. Und ehrlich gesagt sind die Chancen, einen zu finden, gering.

Somit stecken wir mit einer plausiblen wissenschaftlichen Idee fest, die nicht überprüfbar erscheint. Selbst wenn wir Beweise für Inflation finden, wird dies nicht unbedingt ein inflationäres Multiversum unterstützen. was sollen wir tun?

Verschiedene Arten im Multiversum

Das Multiversum legt eine weitere Komponente nahe – die Möglichkeit, dass sich die Physik in verschiedenen Universen unterscheidet. Hier wird es zweideutig, denn es gibt zwei Arten von „anders“, um sie zu beschreiben. Das erste sind unterschiedliche Werte der Naturkonstanten (wie etwa die Ladung eines Elektrons oder die Schwerkraft), während das zweite die Möglichkeit aufwirft, dass es ganz andere Naturgesetze gibt.

Um das Leben, wie wir es kennen, zu beherbergen, muss unsere Welt eine Reihe sehr strenger Anforderungen erfüllen. Kleine Abweichungen in den Werten der Naturkonstanten werden nicht toleriert. Aber das Multiversum wirft die Frage nach der Natur auf, oder wie häufig unser Universum und seine Gesetze unter den vielen Universen sind, die zum Multiversum gehören. Sind wir die Ausnahme oder folgen wir der Regel?

Das Problem ist, dass wir das nicht wissen können. Um herauszufinden, ob wir gemeinsam sind, müssen wir etwas über andere Universen und die Art der Physik in ihnen wissen. Aber wir nicht. Wir wissen auch nicht, wie viele Universen es gibt, und das macht es sehr schwierig, abzuschätzen, wie weit verbreitet wir sind. Um die Sache noch schlimmer zu machen, wenn es unendlich viele Kosmoiden gibt, können wir überhaupt nichts sagen. Induktives Denken ist hier nutzlos. Unendlichkeit macht uns in Knoten verheddert. Wenn alles möglich ist, sticht nichts heraus und wird nichts gelernt.

Das ist der Grund, warum manche Physiker sich bis zum Abscheu um das Multiversum sorgen. Für die Wissenschaft gibt es nichts Wichtigeres als ihre Fähigkeit, Ideen als falsch zu beweisen. Wenn wir das verlieren, untergraben wir die eigentliche Struktur der wissenschaftlichen Methode.

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