Ist unser Universum eine Blase?

Bild mit freundlicher Genehmigung des Perimeter Institute

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Vergiss den Urknall; am anfang war das vakuum. Das Vakuum brodelte vor Energie (auch dunkle Energie, Vakuumenergie, Inflationsfeld oder Higgs-Feld genannt). Wie Wasser in einem Topf begann diese hohe Energie zu verdampfen – es bildeten sich Blasen.

Jede Blase enthielt ein weiteres Vakuum, dessen Energie geringer war, aber immer noch nichts. Diese Energie trieb die Blasen dazu, sich auszudehnen. Unweigerlich stießen einige Blasen aneinander. Es ist möglich, dass einige sekundäre Blasen produziert haben. Vielleicht waren die Blasen selten und weit auseinander; vielleicht waren sie dicht wie Schaum verpackt.


Aber hier ist die Sache: Jede dieser Blasen war ein Universum. In diesem Bild ist unser Universum eine Blase in einem schaumigen Meer von Blasenuniversen.

Das ist die Multiversum-Hypothese in einer sprudelnden Nussschale.

Es ist keine schlechte Geschichte. Es ist, wie Wissenschaftler sagen, physisch motiviert – nicht nur erfunden, sondern ergibt sich aus dem, was wir über die kosmische Inflation zu wissen glauben.




Kosmische Inflation wird nicht allgemein akzeptiert – die meisten zyklischen Modelle des Universums lehnen die Idee ab. Dennoch ist die Inflation eine führende Theorie der sehr frühen Entwicklung des Universums, und es gibt einige Beobachtungen, die sie unterstützen.

Die Inflation besagt, dass sich das Universum im Moment nach dem Urknall schnell ausdehnte – so schnell, dass eine Fläche des Weltraums, die einmal ein Nanometer-Quadrat war, in nur einem Billionstel eines Billionstels eines Billionstels einen Durchmesser von mehr als einer Viertelmilliarde Lichtjahre hatte Sekunde. Es ist eine erstaunliche Idee, aber sie würde einige ansonsten rätselhafte astrophysikalische Beobachtungen erklären.

Es wird angenommen, dass die Inflation von einem Inflationsfeld angetrieben wurde – was Vakuumenergie mit einem anderen Namen ist. Wenn Sie einmal postulieren, dass das Inflationsfeld existiert, ist es schwer, eine Geschichte vom Typ „am Anfang war das Vakuum“ zu vermeiden. Hier wird die Inflationstheorie umstritten – wenn sie beginnt, mehrere Universen zu postulieren.

Befürworter der Multiversum-Theorie argumentieren, dass dies der nächste logische Schritt in der Inflationsgeschichte ist. Kritiker argumentieren, dass es sich nicht um Physik, sondern um Metaphysik handelt – dass es keine Wissenschaft ist, weil es nicht getestet werden kann. Schließlich lebt oder stirbt die Physik von sammelbaren Daten und überprüfbaren Vorhersagen.


Hier kommt Matthew Johnson, Mitglied der Perimeter Associate Faculty, ins Spiel. In Zusammenarbeit mit einem kleinen Team, zu dem auch das Mitglied der Perimeter Faculty Luis Lehner gehört, arbeitet Johnson daran, die Multiversum-Hypothese fest in den Bereich der prüfbaren Wissenschaft zu bringen.

„Darum geht es in diesem Forschungsprogramm“, sagt er. 'Wir versuchen herauszufinden, was die überprüfbaren Vorhersagen dieses Bildes sein würden, und gehen dann raus und suchen danach.'

Insbesondere hat Johnson die seltenen Fälle in Betracht gezogen, in denen unser Blasenuniversum mit einem anderen Blasenuniversum kollidieren könnte. Er legt die Schritte dar: „Wir simulieren das ganze Universum. Wir beginnen mit einem Multiversum, das zwei Blasen enthält, wir kollidieren die Blasen auf einem Computer, um herauszufinden, was passiert, und stecken dann einen virtuellen Beobachter an verschiedene Orte und fragen, was dieser Beobachter von dort aus sehen würde.“

Das ganze Universum zu simulieren – oder mehr als eines – scheint eine große Aufgabe zu sein, aber anscheinend ist das nicht der Fall.


„Das Universum zu simulieren ist einfach“, sagt Johnson. Simulationen, erklärt er, berücksichtigen nicht jedes Atom, jeden Stern oder jede Galaxie – sie erklären sogar keine davon.

„Wir simulieren Dinge nur im größten Maßstab“, sagt er. „Alles, was ich brauche, ist die Schwerkraft und das Zeug, das diese Blasen entstehen lässt. Wir sind jetzt an dem Punkt angelangt, an dem ich, wenn Sie ein Lieblingsmodell des Multiversums haben, es auf einen Computer kleben und Ihnen sagen kann, was Sie sehen sollten.“

Das ist ein kleiner Schritt für ein Computersimulationsprogramm, aber ein riesiger Sprung für das Gebiet der Multiversum-Kosmologie. Durch die Erstellung überprüfbarer Vorhersagen hat das Multiversum-Modell die Grenze zwischen ansprechender Geschichte und echter Wissenschaft überschritten.

Tatsächlich, sagt Johnson, habe das Programm einen Punkt erreicht, an dem es bestimmte Modelle des Multiversums ausschließen kann: „Wir können jetzt sagen, dass einige Modelle etwas vorhersagen, das wir sehen sollten, und da wir es nicht tun Tatsächlich können wir diese Modelle ausschließen.“

Kollisionen eines Blasenuniversums mit einem anderen würden zum Beispiel das hinterlassen, was Johnson „eine Scheibe am Himmel“ nennt – eine kreisförmige Prellung im kosmischen Mikrowellenhintergrund. Dass die Suche nach einer solchen Scheibe bisher leer ausging, macht bestimmte kollisionsgefüllte Modelle weniger wahrscheinlich.

In der Zwischenzeit arbeitet das Team daran, herauszufinden, welche anderen Beweise eine Blasenkollision hinterlassen könnte. Es ist das erste Mal, schreibt das Team in seinem Papier, dass jemand einen direkten quantitativen Satz von Vorhersagen für die beobachtbaren Signaturen von Blasenkollisionen erstellt hat. Und obwohl noch keine dieser Signaturen gefunden wurde, kann nach einigen von ihnen gesucht werden.

Die wirkliche Bedeutung dieser Arbeit liegt als Prinzipbeweis: Sie zeigt, dass das Multiversum überprüfbar sein kann. Mit anderen Worten, wenn wir in einem Blasenuniversum leben, können wir es vielleicht tatsächlich sagen.

Via Perimeter Institut für Theoretische Physik