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Jan 08, 2024

Der Verstand

Von Martin Rees, University of Cambridge, 19. März 2023 Ist unser Universum eines von vielen? Tauchen Universen als Blasen aus einem Multiversum auf? Es ist leicht, sich andere Universen vorzustellen, die von etwas regiert werden

Von Martin Rees, University of Cambridge, 19. März 2023

Ist unser Universum eines von vielen? Tauchen Universen als Blasen aus einem Multiversum auf?

Es ist leicht, sich andere Universen vorzustellen, in denen etwas andere physikalische Gesetze gelten und in denen weder intelligentes Leben noch organisierte komplexe Systeme entstehen könnten. Sollten wir uns daher wundern, dass es ein Universum gibt, in dem wir auftauchen konnten?

Das ist eine Frage, die Physiker, darunter auch ich, seit Jahrzehnten zu beantworten versuchen. Aber es gestaltet sich schwierig. Obwohl wir die kosmische Geschichte sicher bis eine Sekunde nach dem Urknall zurückverfolgen können, ist es schwieriger einzuschätzen, was davor geschah. Unsere Teilchenbeschleuniger können einfach nicht genug Energie erzeugen, um die extremen Bedingungen zu reproduzieren, die in der ersten Nanosekunde herrschten.

Aber wir gehen davon aus, dass in diesem ersten winzigen Bruchteil einer Sekunde die Schlüsselmerkmale unseres Universums eingeprägt wurden.

Die Urknalltheorie ist die am weitesten verbreitete wissenschaftliche Erklärung für die Entstehung des Universums. Sie geht davon aus, dass das Universum als Singularität begann, ein unendlich dichter und heißer Punkt, der sich vor etwa 13,8 Milliarden Jahren schnell ausdehnte und sich seitdem abkühlt und ausdehnt.

Die Bedingungen des Universums können durch seine „Grundkonstanten“ beschrieben werden – feste Größen in der Natur, wie die Gravitationskonstante (genannt G) oder die Lichtgeschwindigkeit (genannt C). Davon gibt es etwa 30, die die Größen und Stärken von Parametern wie Teilchenmassen, Kräften oder der Ausdehnung des Universums darstellen. Aber unsere Theorien erklären nicht, welche Werte diese Konstanten haben sollten. Stattdessen müssen wir sie messen und ihre Werte in unsere Gleichungen einbauen, 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 des Menschen ermöglicht. Physiker haben herausgefunden, dass unser Universum leblos werden würde, wenn wir einige dieser Parameter nur um ein paar Prozent verändern würden. Die Tatsache, dass Leben existiert, bedarf daher einiger Erklärung.

Manche 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 sollten statistisch gesehen lebensfreundlich sein.

Wie groß ist die physische 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 es wie auf dem Meer einen Horizont gibt, über den wir nicht hinaussehen können. Und so wie wir nicht glauben, dass der Ozean direkt hinter unserem Horizont aufhört, erwarten wir Galaxien jenseits der Grenzen unseres beobachtbaren Universums. In unserem sich beschleunigenden Universum werden auch unsere entfernten Nachkommen sie niemals beobachten können.

Die meisten Physiker sind sich einig, dass es Galaxien gibt, die wir nie sehen können, und dass diese zahlreicher sind als die, die wir beobachten können. Wenn sie weit genug reichten, könnte sich alles, was wir uns jemals vorstellen konnten, immer wieder wiederholen. Weit hinter dem Horizont könnten wir alle Avatare haben.

This vast (and mainly unobservable) domain would be the aftermath of “our” Big BangThe Big Bang is the leading cosmological model explaining how the universe as we know it began approximately 13.8 billion years ago." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> Urknall – und würde wahrscheinlich denselben physikalischen Gesetzen unterliegen, die in den Teilen des Universums herrschen, die wir beobachten können. Aber war unser Urknall der einzige?

Die Inflationstheorie, die darauf hindeutet, dass das frühe Universum eine Periode durchlief, in der sich seine Größe alle Billionstel einer Billionstel einer Billionstel Sekunde verdoppelte, wird durch echte Beobachtungen gestützt. Sie erklärt, warum das Universum so groß und glatt ist, abgesehen von Fluktuationen und Wellen, die die „Keime“ für die Galaxienbildung sind.

Aber Physiker wie Andrei Linde haben gezeigt, dass es unter bestimmten, aber plausiblen Annahmen über die unsichere Physik dieser alten Ära zu einer „ewigen“ Produktion von Urknallen kommen würde, von denen jeder ein neues Universum entstehen ließe.

Die Stringtheorie, ein Versuch, die Schwerkraft mit den Gesetzen der Mikrophysik zu vereinen, geht davon aus, dass alles im Universum aus winzigen, vibrierenden Saiten besteht. Aber es geht davon aus, dass es mehr Dimensionen gibt als die, die wir erleben. Es deutet darauf hin, dass diese zusätzlichen Dimensionen so eng zusammengedrängt sind, dass wir sie nicht alle bemerken. Und jede Art der Verdichtung könnte ein Universum mit unterschiedlicher Mikrophysik schaffen – so könnten andere Urknalle, wenn sie abkühlen, anderen Gesetzen unterliegen.

Die „Naturgesetze“ könnten daher, in dieser noch umfassenderen Perspektive, lokale Gesetze sein, die unseren eigenen kosmischen Bereich regeln.

Das NASA/ESA/CSA-Weltraumteleskop James Webb hat das bislang tiefste und schärfste Infrarotbild des fernen Universums erstellt. Dieses Bild des Galaxienhaufens SMACS 0723, bekannt als Webbs erstes Tiefenfeld, ist voller Details. Allerdings können wir nur einen Bruchteil des Universums sehen. Bildnachweis: NASA, ESA, CSA und STScI

Wenn die physische Realität so ist, dann gibt es eine echte Motivation, „kontrafaktische“ Universen zu erforschen – Orte mit unterschiedlicher Schwerkraft, unterschiedlicher Physik usw. – um herauszufinden, welche Bereiche oder Parameter die Entstehung von Komplexität ermöglichen würden und welche zu sterilen oder sterilen Universen führen würden „totgeborener“ Kosmos. Erstaunlicherweise ist dies noch immer der Fall, und jüngste Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass man sich Universen vorstellen kann, die sogar noch lebensfreundlicher sind als unser eigenes. Die meisten „Änderungen“ der physikalischen Konstanten würden jedoch zur Totgeburt eines Universums führen.

Allerdings gefällt einigen das Konzept des Multiversums nicht. Sie befürchten, dass dies die Hoffnung auf eine fundamentale Theorie zur Erklärung der Konstanten ebenso vergeblich machen würde wie Keplers numerologische Suche, Planetenbahnen mit verschachtelten platonischen Körpern in Beziehung zu setzen.

Aber unsere Vorlieben sind für die tatsächliche Realität der physischen Realität unerheblich – daher sollten wir sicherlich aufgeschlossen gegenüber der Möglichkeit einer bevorstehenden großen kosmologischen Revolution sein. Zuerst hatten wir die kopernikanische Erkenntnis, dass die Erde nicht das Zentrum des Sonnensystems war – sie dreht sich um die Sonne. Dann wurde uns klar, dass es in unserer Galaxie zig Millionen Planetensysteme gibt und dass es in unserem beobachtbaren Universum zig Millionen Galaxien gibt.

Könnte es also sein, dass unser beobachtbarer Bereich – tatsächlich unser Urknall – ein winziger Teil eines weitaus größeren und möglicherweise vielfältigen Ensembles ist?

Woher wissen wir, wie untypisch unser Universum ist? Um dies zu beantworten, müssen wir die Wahrscheinlichkeiten jeder Konstantenkombination ermitteln. Und das ist ein Drecksloch, das wir noch nicht öffnen können – es wird noch große theoretische Fortschritte abwarten müssen.

Wir wissen letztendlich nicht, ob es noch andere Urknalle gibt. Aber sie sind nicht nur Metaphysik. Wir könnten eines Tages Grund zu der Annahme haben, dass sie existieren.

Konkret: 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, beispielsweise durch die Ableitung einiger ungeklärter Parameter im Standardmodell der Teilchenphysik – dann wäre … Da es mehrere Urknalle vorhersagte, sollten wir es ernst nehmen.

Kritiker argumentieren manchmal, dass das Multiversum unwissenschaftlich sei, weil wir niemals andere Universen beobachten könnten. Aber ich bin anderer Meinung. Wir können das Innere von Schwarzen Löchern nicht beobachten, aber wir glauben, was der Physiker Roger Penrose über das, was dort passiert, sagt – seine Theorie hat an Glaubwürdigkeit gewonnen, weil sie mit vielen Dingen übereinstimmt, die wir beobachten können.

Vor etwa 15 Jahren nahm ich an einer Podiumsdiskussion in Stanford teil, bei der wir gefragt wurden, wie ernst wir das Multiversum-Konzept nehmen – auf der Skala „Würden Sie Ihren Goldfisch, Ihren Hund oder Ihr Leben darauf verwetten?“. Ich sagte, ich sei fast auf Hundeniveau. Linde sagte, er würde fast sein Leben verwetten. Als der Physiker Steven Weinberg dies später erfuhr, sagte er, er würde „gerne auf das Leben von Martin Rees‘ Hund und Andrei Lindes Leben 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 würden – genauso wie die Quantentheorie für Affen zu schwierig ist. Es ist denkbar, dass maschinelle Intelligenz die geometrischen Feinheiten einiger Stringtheorien erforscht und beispielsweise einige generische Merkmale des Standardmodells hervorbringt. Dann hätten wir Vertrauen in die Theorie und würden ihre anderen Vorhersagen ernst nehmen.

But we’d never have the “aha” insight moment that’s the greatest satisfaction for a theorist. Physical reality at its deepest level could be so profound that its elucidation would have to await posthuman speciesA species is a group of living organisms that share a set of common characteristics and are able to breed and produce fertile offspring. The concept of a species is important in biology as it is used to classify and organize the diversity of life. There are different ways to define a species, but the most widely accepted one is the biological species concept, which defines a species as a group of organisms that can interbreed and produce viable offspring in nature. This definition is widely used in evolutionary biology and ecology to identify and classify living organisms." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> Art – deprimierend oder berauschend, je nach Geschmack. Aber es ist kein Grund, das Multiversum als unwissenschaftlich abzutun.

Geschrieben von Martin Rees, emeritierter Professor für Kosmologie und Astrophysik, Universität Cambridge.

Dieser Artikel wurde zuerst in The Conversation veröffentlicht.