Multiversum: Vårt universum är misstänkt osannolikt att existera

Återutgiven av Platon

anhängare: 0

Det är lätt att föreställa sig andra universum, styrda av lite annorlunda fysiklagar, där inget intelligent liv, och inte heller någon form av organiserade komplexa system, skulle kunna uppstå. Borde vi därför bli förvånade över att det finns ett universum där vi kunde komma fram?

Det är en fråga fysiker inklusive mig har försökt svara i årtionden. Men det visar sig vara svårt. Även om vi med säkerhet kan spåra kosmisk historia tillbaka till en sekund efter Big Bang, är det som hände innan svårare att bedöma. Våra acceleratorer kan helt enkelt inte producera tillräckligt med energi för att replikera de extrema förhållanden som rådde under den första nanosekunden.

Men vi förväntar oss att det är i den första lilla bråkdelen av en sekund som huvuddragen i vårt universum präglades.

Universums förhållanden kan beskrivas genom dess "grundläggande konstanter”—fasta storheter i naturen, såsom gravitationskonstanten (kallad G) eller ljusets hastighet (kallad C). Det finns cirka 30 av dessa som representerar storleken och styrkan hos parametrar som partikelmassor, krafter eller universums expansion. Men våra teorier förklarar inte vilka värden dessa konstanter borde ha. Istället måste vi mäta dem och koppla in deras värden i våra ekvationer för att korrekt beskriva naturen.

Värdena på konstanterna ligger i det intervall som tillåter komplexa system som stjärnor, planeter, kol och i slutändan människor att utvecklas. Fysiker har upptäckt att om vi justerade några av dessa parametrar med bara några få procent skulle det göra vårt universum livlöst. Det faktum att livet existerar kräver därför en del förklaringar.

Vissa hävdar att det bara är en lycklig slump. En alternativ förklaring är dock att vi bor i en multiverse, som innehåller domäner med olika fysiska lagar och värden för fundamentala konstanter. De flesta kan vara helt olämpliga för livet. Men några få borde, statistiskt sett, vara livsvänliga.

Förestående revolution?

Hur stor är den fysiska verkligheten? Vi är övertygade om att det är mer omfattande än den domän som astronomer någonsin kan observera, även i princip. Den domänen är definitivt ändlig. Det beror huvudsakligen på att, som på havet, det finns en horisont att vi inte kan se bortom. Och precis som vi inte tror att havet stannar precis utanför vår horisont, förväntar vi oss galaxer bortom gränsen för vårt observerbara universum. I vårt accelererande universum kommer våra avlägsna ättlingar heller aldrig att kunna observera dem.

De flesta fysiker håller med om att det finns galaxer som vi aldrig kan se, och att dessa är fler än de vi kan observera. Om de sträckte sig tillräckligt långt, så kan allt vi någonsin kunde föreställa oss hända upprepas om och om igen. Långt bortom horisonten kan vi alla ha avatarer.

Denna enorma (och huvudsakligen oobserverbara) domän skulle vara efterdyningarna av "vår" Big Bang – och skulle förmodligen styras av samma fysiska lagar som råder i de delar av universum vi kan observera. Men var vår Big Bang den enda?

Smakämnen teorin om inflation, vilket antyder att det tidiga universum genomgick en period då det fördubblades i storlek varje biljondels biljondels biljondels sekund har äkta observationsstöd. Det förklarar varför universum är så stort och jämnt, förutom fluktuationer och krusningar som är "frön" för galaxbildning.

Men fysiker inklusive Andrei Linde har visat att det, under vissa specifika men rimliga antaganden om den osäkra fysiken vid denna antika era, skulle finnas en "evig" produktion av Big Bangs - var och en ger upphov till ett nytt universum.

Strängteorin, som är ett försök att förena gravitationen med mikrofysikens lagar, antar att allt i universum består av små, vibrerande strängar. Men det gör antagandet att det finns fler dimensioner än de vi upplever. Dessa extra dimensioner, antyder det, är komprimerade så tätt ihop att vi inte märker dem alla. Och varje typ av kompaktering kan skapa ett universum med olika mikrofysik – så andra Big Bangs, när de svalnar, kan styras av olika lagar.

"Naturlagarna" kan därför, i detta ännu större perspektiv, vara lokala stadgar som styr vår egen kosmiska fläck.

Bild av galaxer. — Vi kan bara se en bråkdel av universum. Bildkredit: NASA/James Webb rymdteleskop

Om den fysiska verkligheten är så här, då finns det en verklig motivation att utforska "kontrafaktiska" universum - platser med olika gravitation, olika fysik och så vidare - för att utforska vilken rad parametrar som skulle tillåta komplexitet att uppstå och som skulle leda till sterila eller " dödfödda” kosmos. Spännande nog pågår detta, med senaste forskningen föreslår att du kan föreställa dig universum som är ännu mer vänliga mot livet än våra egna. De flesta "justeringar" av de fysiska konstanterna skulle dock göra ett universum dödfött.

Som sagt, några gillar inte konceptet med multiversum. De oroar sig för att det skulle göra hoppet om en grundläggande teori för att förklara konstanterna lika fåfängt som Keplers numerologiska uppdrag att relatera planetbanor till kapslade platoniska fasta ämnen.

Men våra preferenser är irrelevanta för hur den fysiska verkligheten faktiskt är – så vi borde säkert vara öppna för möjligheten av en förestående stor kosmologisk revolution. Först fick vi den kopernikanska insikten att jorden inte var centrum i solsystemet – den kretsar runt solen. Sedan insåg vi att det finns miljontals planetsystem i vår galax, och att det finns miljontals galaxer i vårt observerbara universum.

Så kan det vara så att vår observerbara domän – i själva verket vår Big Bang – är en liten del av en mycket större och möjligen mångfaldig ensemble?

Fysik eller metafysik?

Hur vet vi hur atypiskt vårt universum är? För att svara på det måste vi räkna ut sannolikheterna för varje kombination av konstanter. Och det är en burk med maskar som vi ännu inte kan öppna – den kommer att få vänta på enorma teoretiska framsteg.

Vi vet i slutändan inte om det finns andra Big Bangs. Men de är inte bara metafysik. Vi kanske en dag har skäl att tro att de finns.

Specifikt, om vi hade en teori som beskrev fysiken under extrema förhållanden under den ultratidiga Big Bang – och om den teorin hade bekräftats på andra sätt, till exempel genom att härleda några oförklarade parametrar i standardmodellen för partikelfysik – då det förutspådde flera Big Bangs, vi borde ta det på allvar.

Kritiker hävdar ibland att multiversum är ovetenskapligt eftersom vi aldrig kan observera andra universum. Men jag håller inte med. Vi kan inte observera det inre av svarta hål, men vi tror vad fysiker Roger Penrose säger om vad som händer där — hans teori har fått trovärdighet genom att hålla med om många saker vi kan observera.

För ungefär 15 år sedan var jag i en panel på Stanford där blev vi tillfrågade hur allvarligt vi tog multiverskonceptet – på skalan "skulle du satsa din guldfisk, din hund eller ditt liv" på det. Jag sa att jag var nästan på hundnivå. Linde sa att han nästan hade satsat på livet. Senare, efter att ha fått veta detta, fysiker Steven Weinberg sa att han "gärna satsade på Martin Rees hund och Andrei Lindes liv."

Tyvärr misstänker jag att Linde, min hund, och jag alla kommer att vara döda innan vi har ett svar.

Vi kan faktiskt inte ens vara säkra på att vi skulle förstå svaret – precis som kvantteorin är för svår för apor. Det är tänkbart att maskinintelligens kan utforska de geometriska krångligheterna hos vissa strängteorier och spy ut, till exempel, några generiska egenskaper hos standardmodellen. Vi skulle då ha förtroende för teorin och ta dess andra förutsägelser på allvar.

Men vi skulle aldrig ha det "aha" insiktsögonblicket som är den största tillfredsställelsen för en teoretiker. Den fysiska verkligheten på dess djupaste nivå kan vara så djupgående att dess belysning måste vänta på posthumana arter – hur deprimerande eller upphetsande det än kan vara, enligt smak. Men det är ingen anledning att avfärda multiversumet som ovetenskapligt.

Denna artikel publiceras från Avlyssningen under en Creative Commons licens. Läs ursprungliga artikeln.

Image Credit: Lanju Fotografie / Unsplash