Het multiversum: het is verdacht onwaarschijnlijk dat ons universum bestaat, tenzij het een van de vele is

Heruitgegeven door Plato

volgers: 0

Het is gemakkelijk om andere universums voor te stellen, beheerst door iets andere wetten van de natuurkunde, waarin geen intelligent leven, noch enige vorm van georganiseerde complexe systemen, zou kunnen ontstaan. Moeten we daarom verbaasd zijn dat er een universum bestaat waarin we konden ontstaan?

Dat is een vraag voor natuurkundigen, waaronder ik hebben geprobeerd te beantwoorden al decenia. Maar het blijkt moeilijk. Hoewel we met vertrouwen de kosmische geschiedenis kunnen herleiden tot een seconde na de oerknal, is wat er daarvoor gebeurde moeilijker te meten. Onze versnellers kunnen simpelweg niet genoeg energie produceren om de extreme omstandigheden na te bootsen die heersten in de eerste nanoseconde.

Maar we verwachten dat het in die eerste kleine fractie van een seconde is dat de belangrijkste kenmerken van ons universum zijn ingeprent.

De omstandigheden van het universum kunnen worden beschreven door middel van zijn "fundamentele constanten”—vaste grootheden in de natuur, zoals de zwaartekrachtconstante (G genoemd) of de lichtsnelheid (C genoemd). Er zijn er ongeveer 30 die de grootte en sterkte vertegenwoordigen van parameters zoals deeltjesmassa's, krachten of de uitdijing van het universum. Maar onze theorieën verklaren niet welke waarden deze constanten zouden moeten hebben. In plaats daarvan moeten we ze meten en hun waarden in onze vergelijkingen stoppen om de natuur nauwkeurig te beschrijven.

De waarden van de constanten liggen in het bereik waarin complexe systemen zoals sterren, planeten, koolstof en uiteindelijk mensen kunnen evolueren. natuurkundigen hebben ontdekt dat als we enkele van deze parameters met slechts een paar procent zouden aanpassen, dit ons universum levenloos zou maken. Het feit dat het leven bestaat, behoeft dus enige uitleg.

Sommigen beweren dat het gewoon een gelukkig toeval is. Een alternatieve verklaring is echter dat we in een multiversum, met domeinen met verschillende fysische wetten en waarden van fundamentele constanten. De meeste zijn misschien helemaal niet geschikt voor het leven. Maar een paar zouden, statistisch gezien, levensvriendelijk moeten zijn.

Dreigende revolutie?

Wat is de omvang van de fysieke realiteit? We zijn ervan overtuigd dat het groter is dan het domein dat astronomen ooit kunnen waarnemen, zelfs in principe. Dat domein is beslist eindig. Dat komt voornamelijk omdat, zoals op de oceaan, er is een horizon dat we niet verder kunnen kijken. En net zoals we denken dat de oceaan net achter onze horizon stopt, verwachten we sterrenstelsels buiten de grenzen van ons waarneembare universum. In ons versnellend heelal zullen onze verre afstammelingen ze ook nooit kunnen waarnemen.

De meeste natuurkundigen zijn het erover eens dat er sterrenstelsels zijn die we nooit kunnen zien, en dat er meer zijn dan de sterrenstelsels die we kunnen waarnemen. Als ze zich ver genoeg uitstrekken, kan alles wat we ons ooit kunnen voorstellen, keer op keer worden herhaald. Ver voorbij de horizon zouden we allemaal avatars kunnen hebben.

Dit uitgestrekte (en voornamelijk niet-waarneembare) domein zou de nasleep zijn van "onze" oerknal - en zou waarschijnlijk worden beheerst door dezelfde natuurkundige wetten die heersen in de delen van het universum die we kunnen waarnemen. Maar was onze oerknal de enige?

De theorie van inflatie, wat suggereert dat het vroege universum een periode doormaakte waarin het elke biljoenste van een biljoenste van een biljoenste seconde in omvang verdubbelde. observatie ondersteuning. Het verklaart waarom het universum zo groot en glad is, afgezien van fluctuaties en rimpelingen die de "zaden" zijn voor de vorming van sterrenstelsels.

Maar ook natuurkundigen André Linde getoond hebben dat er onder enkele specifieke maar plausibele veronderstellingen over de onzekere fysica in dit oude tijdperk een "eeuwige" productie van oerknallen zou zijn - die elk aanleiding zouden geven tot een nieuw universum.

Snaartheorie, een poging om de zwaartekracht te verenigen met de wetten van de microfysica, veronderstelt dat alles in het universum bestaat uit kleine, trillende snaren. Maar het gaat ervan uit dat er meer dimensies zijn dan degene die we ervaren. Deze extra dimensies, zo suggereert het, zijn zo dicht op elkaar geperst dat we ze niet allemaal opmerken. En elk type verdichting zou een heelal met verschillende microfysica kunnen creëren, zodat andere oerknals, wanneer ze afkoelen, door andere wetten kunnen worden geregeerd.

De 'natuurwetten' kunnen daarom, in dit nog grotere perspectief, plaatselijke verordeningen zijn die onze eigen kosmische plek beheersen.

Afbeelding van sterrenstelsels. — We kunnen maar een fractie van het heelal zien. Afbeelding tegoed: NASA/James Webb-ruimtetelescoop

Als de fysieke realiteit zo is, dan is er een echte motivatie om 'contrafeitelijke' universums te verkennen - plaatsen met een andere zwaartekracht, verschillende fysica, enzovoort - om te onderzoeken welk bereik van parameters complexiteit zou laten ontstaan, en wat zou leiden tot steriele of " doodgeboren" kosmos. Spannend, dit is aan de gang, met recent onderzoek wat suggereert dat je je universums kunt voorstellen die nog vriendelijker zijn voor het leven dan de onze. De meeste "aanpassingen" van de fysieke constanten zouden echter een universum doodgeboren maken.

Dat gezegd hebbende, sommige hou niet van het concept van het multiversum. Ze zijn bang dat het de hoop op een fundamentele theorie om de constanten te verklaren zo ijdel zou maken als Keplers numerologische zoektocht om planetaire banen te relateren aan geneste platonische lichamen.

Maar onze voorkeuren zijn niet relevant voor de manier waarop de fysieke werkelijkheid werkelijk is - dus we moeten zeker open staan voor de mogelijkheid van een op handen zijnde grote kosmologische revolutie. Eerst hadden we het Copernicaanse besef dat de aarde niet het centrum van het zonnestelsel was, maar om de zon draait. Toen realiseerden we ons dat er ontelbare planetaire systemen in ons sterrenstelsel zijn en dat er ontelbare sterrenstelsels zijn in ons waarneembare universum.

Dus zou het kunnen dat ons waarneembare domein - inderdaad onze oerknal - een klein onderdeel is van een veel groter en mogelijk divers ensemble?

Natuurkunde of metafysica?

Hoe weten we hoe atypisch ons universum is? Om dat te beantwoorden, moeten we de kansen van elke combinatie van constanten berekenen. En dat is een blik wormen die we nog niet kunnen openen - het zal moeten wachten op enorme theoretische vorderingen.

We weten uiteindelijk niet of er nog andere Big Bangs zijn. Maar ze zijn niet alleen metafysica. Misschien hebben we op een dag redenen om te geloven dat ze bestaan.

Specifiek, als we een theorie hadden die de natuurkunde beschreef onder de extreme omstandigheden van de ultra-vroege oerknal - en als die theorie op andere manieren was bevestigd, bijvoorbeeld door enkele onverklaarde parameters af te leiden in het standaardmodel van de deeltjesfysica - dan als het voorspelde meerdere Big Bangs, we moeten het serieus nemen.

Critici beweren soms dat het multiversum onwetenschappelijk is omdat we nooit andere universums kunnen observeren. Maar ik ben het er niet mee eens. We kunnen het inwendige van zwarte gaten niet waarnemen, maar we geloven wat een natuurkundige Roger Penrose zegt over wat daar gebeurt - zijn theorie heeft aan geloofwaardigheid gewonnen door in te stemmen met veel dingen die we kunnen waarnemen.

Ongeveer 15 jaar geleden zat ik in een panel op Stanford waar ons werd gevraagd hoe serieus we het multiversum-concept hebben genomen - op de schaal "zou je je goudvis, je hond of je leven erop inzetten". Ik zei dat ik bijna op hondenniveau was. Linde zei dat hij bijna zijn leven zou verwedden. Later, toen dit werd verteld, natuurkundige Steven Weinberg zei dat hij "graag de hond van Martin Rees en het leven van Andrei Linde zou wedden."

Helaas vermoed ik dat Linde, mijn hond, en ik allemaal dood zullen zijn voordat we een antwoord hebben.

Sterker nog, we kunnen er niet eens zeker van zijn dat we het antwoord wel begrijpen, net zoals de kwantumtheorie te moeilijk is voor apen. Het is denkbaar dat machine-intelligentie de geometrische ingewikkeldheden van sommige snaartheorieën zou kunnen onderzoeken en bijvoorbeeld enkele generieke kenmerken van het standaardmodel zou kunnen uitspuwen. We zouden dan vertrouwen hebben in de theorie en de andere voorspellingen serieus nemen.

Maar we zouden nooit het 'aha'-inzichtmoment hebben dat de grootste voldoening is voor een theoreticus. De fysieke realiteit op het diepste niveau zou zo diepgaand kunnen zijn dat de opheldering ervan zou moeten wachten op postmenselijke soorten - hoe deprimerend of opwindend dat ook mag zijn, naar smaak. Maar het is geen reden om het multiversum af te doen als onwetenschappelijk.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.

Krediet van het beeld: Lanju Fotografie / Unsplash