Hvorfor multiverset ikke bare er galskab

Hvorfor multiverset ikke bare er galskab

Animation af G VNCT

Alternative virkeligheder, parallelle dimensioner og flere universer. Uanset hvad du kalder det, er forestillingen om andre versioner af eksistensen en af ​​de mest populære troper i science fiction. I et andet univers læser du ikke denne sætning, men faldskærmsudspring. I en anden er du intet andet end en kakerlak. I endnu en anden er livet ikke kun umuligt, men atomer eksisterer ikke engang.



I de senere år er sådanne tilsyneladende skøre ideer dog skiftet fra fantasi og spekulation til bona fide videnskab. Selv blandt fysikere er multiverset blevet mainstream.

Teoretisk set kan uendelige universer strække sig ud over vores eget, som endeløse bobler i et hav af kogende vand. Hver boble har sine egne fysiske love, og selvom vi måske aldrig besøger eller endda ser en anden boble, siger nogle fysikere, at voksende beviser gør multiverset mere og mere plausibelt - og endda sandsynligt.

'For 15 år siden, da du talte om multiverset, var holdningen hos mange fysikere bare latterliggørelse,' siger Alex Vilenkin, fysiker ved Tufts University. 'Men der er sket en stor holdningsændring.'

Alligevel er konceptet om et multivers kontroversielt og til tider omstridt. Mange forskere er forståeligt nok skeptiske. Nogle få afviser endda tanken. Men for andre som Vilenkin er argumenterne for multiverset så overbevisende, at de kræver, at videnskaben tager det alvorligt.



Forskere har overvejet forskellige former for multiverset i årtier. I 1957 foreslog fysikeren Hugh Everett for eksempel en ny måde at fortolke kvantefysikkens bizarre paradokser på, såsom hvordan en partikel kan være i to tilstande samtidigt, eller i en makroskopisk forlængelse, hvordan Schrödingers kat kan både være død og levende. Everett foreslog, at når du observerer partiklen eller tjekker katten, forgrener to separate virkeligheder sig fra hinanden: Katten er død i den ene og levende i den anden. Fysikere døbte dette billede mange-verdenernes fortolkning af kvantemekanik.

Disse mange verdener er parallelle universer, der sameksisterer i forskellige områder af et abstrakt, matematisk rum, for evigt lukket fra hinanden. I dag, selvom kun et mindretal abonnerer på dette syn, diskuterer kvantefysikere stadig spørgsmålet.

Men i begyndelsen af ​​1980'erne indså fysikere, at en anden slags multivers også kan eksistere - et, hvor andre universer ikke forekommer i et abstrakt parallelt rum, men på fjerne fysiske steder inden for det samme stof af rum og tid som vores univers. Det var et opsigtsvækkende forslag, men disse såkaldte bobleuniverser syntes at være en konsekvens af et nyt billede af kosmologi, der netop var ved at tage fat.

I 1980 foreslog Alan Guth, en fysiker nu ved Massachusetts Institute of Technology, at i de tidlige øjeblikke efter Big Bang ballonerede universet særligt hurtigt, før det faldt tilbage i sin normale ekspansion. Drevet af en slags frastødende tyngdekraft kunne denne midlertidige inflationsperiode, som han kaldte det, forklare, hvorfor kosmos er glat og fladt – træk, der havde undret kosmologer.

”Med de simpleste antagelser ender man med evig inflation og multiverset. At være konservativ på den front bringer dig til denne radikale ting.'

I dag accepterer de fleste kosmologer den generelle forudsætning for inflation, og de har foreslået en række mulige modeller for at forklare, hvordan denne hurtige ballonflyvning skete. 'Som tiden er gået, er observationssuccesen med forudsigelsen af ​​simple inflationsmodeller blevet bedre og bedre,' siger Guth.

For eksempel har satellitter som WMAP og Planck i løbet af de sidste par årtier foretaget præcise målinger af den kosmiske mikrobølgebaggrund - Big Bangs efterglød - og har fundet ud af, at dets subtile mønstre matcher inflationens forudsigelser. Kosmologer kan også bruge denne stråling til at måle universets massetæthed, som Guth siger er inden for en halv procent af, hvad inflationen forudsiger.

'Beviserne er næsten overvældende stærke,' siger Andrew Liddle, en kosmolog ved University of Edinburgh. 'Størstedelen af ​​mennesker betragter inflationen som tilstrækkelig tilfredsstillende, og der er ingen forventning om, at den vil blive væltet af noget andet.'

[Er MSG dårligt for dit helbred?]

I løbet af de tidlige år med inflationsteori opdagede Guth og andre pionerer inden for ideen snart en overraskende implikation af deres ligninger: Inflationen er evig og ophører kun i visse boblelignende lommer af rummet. 'Rummet mellem [boblerne], som stadig blæses op, giver plads til, at flere bobler kan dannes,' forklarer Vilenkin. 'Det oppustede rum udvider sig så hurtigt, at intet nogensinde kan indhente dets grænser, så for alle praktiske formål er de isolerede, selvstændige bobleuniverser.' Ifølge dette billede er vores univers kun et ud af et uendeligt multivers af bobler.

I 1983 fandt Vilenkin ud af, at de mest almindelige inflationsmodeller forudsiger multiverset. Modeller, der undgår det, har en tendens til at være konstruerede og urealistiske. 'Med de enkleste antagelser ender du med evig inflation og multiverset,' siger fysiker Andreas Albrecht fra University of California, Davis. 'At være konservativ på den front bringer dig til denne radikale ting.'

Måske den mest overbevisende støtte til multiverset involverer den mystiske kraft kendt som mørk energi. I 1998 opdagede astronomer, at universet udvidede sig hurtigere og hurtigere - en acceleration senere tilskrevet mørk energi. Accelerationshastigheden afhænger af et tal kendt som den kosmologiske konstant. Det, der har forvirret fysikere er, at de, baseret på deres forståelse af naturens kræfter og partikler, forventer, at konstanten er omkring 10122gange større end hvad de måler det til at være. De aner ikke, hvorfor den målte værdi er så lille, men en forklaring kan ligge i multiverset.

I 1980'erne undersøgte nobelpristageren Steven Weinberg fra University of Texas, Austin værdien af ​​den kosmologiske konstant og foreslog det i et multivers , kan denne værdi variere. I vores univers, fastslog han, er konstanten lille, fordi kun en lille konstant kunne tillade galakser at dannes og liv at udvikle sig. Et stort antal resulterer på den anden side i et univers, der flyver fra hinanden, før atomer overhovedet kan smelte sammen. Kun en lille brøkdel af universer har måske de små konstanter, der passer til livet. Vi er bare så heldige at bo i en.

Du kan lave lignende såkaldte antropiske argumenter for at forklare andre fundamentale naturkonstanter, såsom neutronens masse. Hvis disse konstanter afviger en smule i værdi, kunne livet ikke eksistere, og ingen ville være til stede for at måle dem. Medmindre fysikere finder en mere tilfredsstillende forklaring baseret på de første principper, tilbyder multiverset i det mindste en eller anden grund til, hvorfor konstanterne i vores univers tilfældigvis er så finjusteret til livet.

Weinbergs analyse viste sig forudseende. Da astronomer opdagede, at universet accelererede - muligvis på grund af mørk energi - målte de den kosmologiske konstant til at være inden for en faktor 10 i forhold til, hvad Weinberg havde foreslået, siger Guth. Siden da har fysikere forfinet Weinbergs forslag og beregnet en værdi endnu tættere på den målte. Det er ikke det mest præcise match, men det bedste endnu. 'Så vidt jeg ved, er der stadig ingen bedre forklaring på den observerede størrelse af mørk energi,' siger Liddle.

[Lær hvordan du skriver dit navn i binær kode.]

I mellemtiden kan strengteori – den hidtil bedste kandidat til en teori om alt – give den teoretiske ramme, der understøtter multiverset. Strengteori kræver ekstra rumlige dimensioner ud over vores sædvanlige tre (op/ned, venstre/højre, frem/tilbage). Disse dimensioner – som er for små til at vi kan opfatte – er krøllet sammen på utallige måder, der hver især svarer til et bobleunivers med forskellige fysiklove. Det store knæk på strengteorien er imidlertid, at den mangler observationsbevis.

Observationsbeviser for selve multiverset er ikke så meget mere lovende. Men forskere har nogle perspektiver. For eksempel, hvis et nabobobleunivers tilfældigvis støder ind i vores eget, ville det efterlade et aftryk i den kosmiske mikrobølgebaggrund. Astronomer har kigget, men har endnu at finde noget .

I slutningen af ​​2015, Vilenkin og hans kolleger foreslået en anden måde for at afgøre om multiverset eksisterer: sorte huller. Hvis vores univers kun er et af et uendeligt antal, så ville lommer i det, der havde været oppustet, så snart inflationen stoppede i vores, være kollapset til sorte huller. Jo længere hver lomme pustes op, jo mere massivt er det sorte hul. Inflationen ville således efterlade en befolkning af sorte huller med en afslørende række af masser. I princippet, ved at måle de krusninger i rum og tid, der produceres i sorte hul-kollisioner - som gravitationsbølger opdaget af LIGO sidste år - astronomer kan tage en optælling af sorte hul-masser og se, om de er skabt af inflation, hvilket ville antyde multiverset.

Dette arbejde er helt sikkert foreløbigt og spekulativt. Og overordnet set er støtten til multiverset unægtelig omstændig. I sidste ende er det måske bedste, som fortalere kan håbe på, indirekte beviser i form af mere raffinerede modeller og en utvetydig bekræftelse af inflationen. Hvis stadig mere præcise målinger af den kosmiske mikrobølgebaggrund yderligere indsnævrer teorierne om inflation, kan videnskabsmænd i sidste ende stå tilbage med en specifik model, der fører direkte til multiverset.

Men det er manglen på direkte beviser - og sandsynligheden for, at det i sagens natur kan være umuligt at teste multiverset - der får nogle til at håne tanken.

En af de stærkeste kritikere er fysiker Paul Steinhardt fra Princeton University. Sammen med fysikere som Albrecht, Guth og Stanfords Andrei Linde hjalp han med at pionere inflationen i 1980'erne. Men da han indså, at inflationen aldrig stoppede og udklækkede endeløse bobleuniverser i processen, så han et problem. Multiverset var ikke en funktion, men en fejl.

'Det er et sammenbrud i teorien,' siger han. Det er, som om nogen kom til dig med en teori om, hvorfor himlen er blå, der umiddelbart virker plausibel, men efter nogle justeringer, 'producerer den ikke bare en blå himmel, men en lilla himmel, en polkaprikket himmel - you name it ,' han siger.

Et multivers, hvor alt kan og vil ske, forklarer ikke noget som helst, siger Steinhardt. Et kendetegn ved den videnskabelige proces er at kunne teste forudsigelser. Men, siger han, 'hvad vil det sige at forudsige noget, hvis det forudsiger alt?' En sådan teori kan ikke testes - eller potentielt falsificeres - og er derfor ikke en brugbar videnskabelig teori. Multiverset, siger han, er et 'multi-rod'.

[Her er grunden til, at du ikke ønsker at blive bidt af en tarantelhøg. ]

Andre siger, at dette synspunkt er for begrænsende. 'Ideen om falsificerbarhed i en streng forstand af ordet er et forsimplet syn på den måde, videnskaben fungerer på,' siger Guth. 'Ingen teori inden for videnskab er nogensinde faktisk bevist. En acceptabel videnskabelig teori er simpelthen den bedste teori, som videnskabsmænd kender til til at forklare et sæt fænomener i naturen.'

Dette problem med forfalskning kan være et spørgsmål om filosofi. Men der er også det praktiske problem med bare at prøve at lave fysik i et multivers. I sin kerne er fysikken afhængig af at beregne sandsynligheden for, at visse fænomener vil ske - såsom sandsynligheden for, at en partikel vil henfalde til en anden. Men når du har at gøre med uendelige muligheder, giver det ikke længere matematisk mening at beregne sandsynligheder.

'Hvis du ikke har en fast idé om, hvad du mener med sandsynlighed, kan du ikke rigtig have et fuldstændigt billede af, hvordan fysik fungerer,' siger Guth. 'Dette problem med at definere sandsynligheder synes jeg er et af de mest frustrerende problemer, jeg har kendt til i mit liv.'

Forsøg på at løse denne sandsynlighedsproblemer - det der er kendt som måleproblemet - har haft begrænset succes. For nogle år siden byggede man videre arbejde af teoretisk fysiker Don Page foreslog Albrecht, at når det kommer til multiverset, er de sandsynlighedsværktøjer, som fysikere normalt bruger. gælder muligvis ikke . 'Det er tænkeligt,' siger han, 'at at være mere disciplineret i, hvordan du bruger sandsynligheder, faktisk kan løse måleproblemet.' Denne mulighed har mildnet hans syn på multiverset, siger Albrecht, selvom han stadig er skeptisk. Han sætter nu 10 procent chance for sandsynligheden for, at vi lever i et multivers. (Guth siger på den anden side, at oddsene er bedre end lige.)

Animation af G VNCT

For Steinhardt er forsøgene på at løse måleproblemet dog ad hoc-modifikationer af en mangelfuld idé. Problemerne med multiverset er så alvorlige, hævder han, at kosmologer helt bør opgive inflationen. Et muligt alternativ er en klasse af 'hoppende' modeller, hvor universet ikke startede med Big Bang. I stedet lyder ideen, at universet altid har eksisteret. Det havde været ved at trække sig sammen, da det på et tidspunkt - nominelt Big Bang - 'studsede' og derefter begyndte at udvide sig. I nogle modeller gennemgår universet uendelige cyklusser af ekspansion og kollaps. Disse teorier kræver ikke inflation og undgår dermed multiverset, siger Steinhardt.

Kun en håndfuld fysikere arbejder på denne form for hoppende kosmologi. 'Det er blevet mere presset, end de faktisk har støtte i fysikmiljøet,' siger Guth. Teorierne er faktisk ikke så veludviklede som inflation, men Steinhardt og andre fortsætter med udforske og taler for dem.

I mellemtiden undersøger nogle fysikere muligheden for en teori, der fastholder inflationen, men undgår multiverset. Det kunne være muligt, siger Albrecht, men at gøre det ville kræve ny fysik. Han har fundet ud af, at en sådan teori kan fungere - uden at være for konstrueret - kun hvis du gør visse ekstreme antagelser om lovene, der styrer fundamentale partikler og kræfter. Det ville bestemt være en radikal tilgang.

Selvfølgelig er det også at holde fast i tanken om inflation, der fører til et multivers. 'Det er ikke på særlig solid grund,' siger Albrecht. »Det er ikke en frygtelig fornærmelse. Sådan er tingene på forkant med fysikken.'

Hvis fysikere er enige om noget, er det, at en løsning ikke kommer let. 'Hvis multiversideen er rigtig,' siger Guth, 'vil det vare lang tid, før menneskeheden er overbevist.'