1964 Physiker Arno Penzias und Robert Wilson arbeiteten bei Bell Labs in Holmdel, New Jersey, und stellten hochempfindliche Mikrowellenempfänger für Radioastronomie-Beobachtungen auf.
Egal was die beiden taten, sie konnten die Empfänger nicht von Hintergrundfunkgeräuschen befreien, die rätselhafterweise aus allen Richtungen gleichzeitig zu kommen schienen. Penzias kontaktierte den Physiker der Princeton University. Robert Dicke der vermutete, dass das Funkrauschen kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung CMB sein könnte, eine ursprüngliche Mikrowellenstrahlung, die das Universum ausfüllt.
Und das ist die Geschichte der Entdeckung von CMB. Einfach und elegant.
Für ihre Entdeckung erhielten Penzias und Wilson 1978 aus gutem Grund den Nobelpreis für Physik. Ihre Arbeit führte uns in ein neues Zeitalter der Kosmologie und ermöglichte es Wissenschaftlern, unser Universum wie nie zuvor zu studieren und zu verstehen.
Diese Entdeckung führte jedoch auch zu einer der überraschendsten Erkenntnisse in der jüngeren Geschichte: Einzigartige Merkmale in der CMB könnten der erste direkte Beweis sein, den wir jemals für das Multiversum hatten - für eine Unendlichkeit von Welten und fremden Völkern, die jenseits existierendas bekannte Universum.
Um diesen außergewöhnlichen Anspruch richtig zu verstehen, ist es jedoch notwendig, zuerst eine Reise zurück zum Anfang von Raum und Zeit zu unternehmen.
Die Geschichte des Universums
Nach der allgemein anerkannten Theorie für den Ursprung unseres Universums war unser Universum in den ersten mehreren hunderttausend Jahren nach dem Urknall mit einem wild heißen Plasma gefüllt, das aus Kernen, Elektronen und Photonen bestand und Licht streute.
Mit rund 380.000 Jahren kühlte unser Universum aufgrund seiner fortgesetzten Expansion auf unter 3000 Grad K ab, was es erlaubte. Elektronen verbinden sich mit Kernen, um neutrale Atome zu bilden, und die Absorption freier Elektronen ermöglichte es dem Licht, die Dunkelheit zu beleuchten.
Dies wurde von Penzias und Wilson in Form von Strahlung aus dem kosmischen Mikrowellenhintergrund dem zuvor erwähnten CMB nachgewiesen und trug zur Etablierung der Urknalltheorie der Kosmologie bei.
Im Laufe der Äonen kühlte die fortgesetzte Expansion unser Universum auf eine Temperatur von nur etwa 2,7 K ab, aber diese Temperatur ist nicht gleichmäßig. Temperaturunterschiede ergeben sich aus der Tatsache, dass Materie nicht gleichmäßig im Universum verteilt istverursacht durch winzige Schwankungen der Quantendichte, die unmittelbar nach dem Urknall auftraten.
Ein Punkt, insbesondere von der südlichen Hemisphäre im Sternbild Eridanus aus gesehen, ist besonders kalt und um 0,00015 Grad kälter als seine Umgebung. Wissenschaftler, die als "kalter Punkt" bezeichnet wurden, dachten ursprünglich, es sei ein "Supervoid", ein Gebiet, dasenthält weit weniger Galaxien als normal.
Dann, im Jahr 2017, veröffentlichten Forscher des britischen Durham University Centre for Extragalactic Astronomy Forschungsergebnisse, die darauf hindeuten, dass der Cold Spot doch kein Supervoid ist.
Stattdessen? Es kann ein Beweis für fremde Universen sein.
Durham Professor Tom Shanks vorgeschlagen was er als "exotischere" Erklärung für den Cold Spot bezeichnete. In seiner Arbeit argumentierte Shanks, dass der Cold Spot "durch eine Kollision zwischen unserem Universum und einem anderen Blasenuniversum verursacht wurde ... Der Cold Spot könnte als angenommen werdenDie ersten Beweise für das Multiversum - und Milliarden anderer Universen können wie unsere existieren. "
Zuvor Physiker wie Anthony Aguirre, Matt Johnson und Matt Kleban hatte darauf hingewiesen dass eine Kollision zwischen unserem Blasenuniversum und einer anderen Blase im Multiversum tatsächlich einen Abdruck auf der kosmischen Hintergrundstrahlung erzeugen würde. Außerdem stellten sie fest, dass sie als runder Punkt mit einem höheren oder einem niedrigeren Pegel von erscheinen würdeStrahlungsintensität.
Shanks Vorschlag scheint in die Rechnung zu passen, aber könnte dieses Merkmal wirklich ein Beweis für eine unendliche Vielzahl von Universen sein, die jenseits unserer eigenen existieren?
Die Gesetze des Multiversums
Heute gibt es drei Hauptkonkurrenten, die erklären, wie das Multiversum funktionieren kann: die Kopenhagener Interpretation, die Interpretation der "vielen Welten" oder "Zweige der Wellenfunktion" und die "parallelen Spuren" der Stringtheorie.
Wir werden die Stringtheorie für einen weiteren Tag verlassen und uns auf die beiden anderen Erklärungen konzentrieren.
Die Summe aller möglichen Zustände, in denen ein Objekt existieren kann, wird als Objekt bezeichnet. kohärente Überlagerung und es besteht aus der sogenannten "Wellenfunktion" des Objekts.
Die Quantenmechanik erfordert eine glatte, vollständig deterministische Wellenfunktion - ein mathematischer Ausdruck, der Informationen über ein Teilchen in Form zahlreicher Möglichkeiten für seine Position und Eigenschaften vermittelt. Es erfordert auch etwas, das eine dieser Möglichkeiten realisiert und alle anderen eliminiert.
Die Meinungen darüber, wie dies geschieht, gehen auseinander, aber in der gängigsten Theorie, die als Kopenhagener Interpretation bekannt ist, geschieht dies durch Beobachtung der Wellenfunktion oder durch die Wellenfunktion, die auf einen Teil der "klassischen" Welt trifft. Dies verursacht die Wahrscheinlichkeit,oder Wellenfunktion, um "zusammenzubrechen" und das Teilchen in einen Zustand zu zwingen.
Die Kopenhagener Interpretation wurde in den 1920er Jahren von den Physikern Niels Bohr und Walter Heisenberg ausgearbeitet, die argumentierten, dass ein Teilchen erst dann materiell existiert, wenn es einer Messung Beobachtung unterzogen wird.
Die Kopenhagener Interpretation war im Wesentlichen ein Fudge und für viele ein unbefriedigender.
1935 österreichisch-irischer Physiker Erwin Schrödinger artikulierte das Problem mit der Kopenhagener Interpretation mit seinem berühmten Gedankenexperiment, bekannt als Schrödingers Katze.
In diesem theoretischen Experiment wird eine Katze zusammen mit etwas radioaktivem Material und einem Geigerzähler in eine versiegelte Kiste gelegt. Wenn der Geigerzähler den Zerfall des radioaktiven Materials erkennt, löst er die Freisetzung eines Giftgases aus, das das abtötetKatze.
Während die Kiste versiegelt ist, ist die Katze in der Überlagerung, gleichzeitig lebendig und tot zu sein. Erst wenn die Kiste geöffnet wird, wird die Katze in den einen oder anderen Zustand gezwungen. Schrödinger wies darauf hin, dass dies der Fall warlächerlich, und diese Quantenüberlagerung konnte mit großen Objekten wie Katzen nicht funktionieren, weil es unmöglich ist, dass ein Organismus gleichzeitig lebt und tot ist. Daher argumentierte er, dass die Kopenhagener Interpretation von Natur aus fehlerhaft sein muss.
Es wurde eine Reihe von Alternativen zur Kopenhagener Interpretation vorgeschlagen. Beispielsweise schlägt der von Albert Einstein und David Bohm vertretene Ansatz der „versteckten Variablen“ vor, die Wellenfunktion als vorübergehende Lösung zu behandeln, bis die Physiker schließlich etwas Besseres findenSpät in seinem Leben schlug Heisenberg vor, dass das Problem in unserer Vorstellung von der Realität selbst liegt. Er schlug vor, dass die Wellenfunktion eine „mittlere“ Ebene der Realität darstellt.
Der einfachste Ansatz ist möglicherweise der von die "Viele Welten" -Interpretation "MWI, die erstmals 1957 von einem Doktoranden der Princeton University mit dem Namen" gestellt "wurde Hugh Everett. Everett studierte Physik unter John Archibald Wheeler der sich das Gewebe des Universums als einen aufgewühlten, subatomaren Bereich von Quantenfluktuationen vorgestellt hatte, den er "Quantenschaum" nannte.
In seiner Dissertation mit dem Titel Theorie der Universalwellenfunktion Everett behauptete, dass die universelle Wellenfunktion real ist und nicht zusammenbricht, wie in der Kopenhagener Interpretation. In diesem Fall wird jedes mögliche Ergebnis einer Quantenmessung in einer "Welt" oder einem Universum realisiert, und durch diese Logik,es muss eine sehr große oder unendliche Anzahl von Universen geben.
Everetts Interpretation der Quantenphysik in vielen Welten erhielt wenig Unterstützung von der breiteren Physikgemeinschaft, und Everett verbrachte sein gesamtes Arbeitsleben außerhalb der Wissenschaft. Everett glaubte so stark an seine Theorie, dass er aß, was er wollte, und drei Packungen Zigaretten a rauchteTag, trank zu viel und weigerte sich zu trainieren. Im Juli 1982 starb Hugh Everett plötzlich an einem Herzinfarkt im Alter von 51 Jahren.
Gemäß seinen Anweisungen wurde Everett eingeäschert und seine Asche in den Müll geworfen. 1996 tötete sich Everetts Tochter Elizabeth selbst, und in ihrem Abschiedsbrief stand, dass auch sie wollte, dass ihre Asche in den Müll geworfen wird, damit sie "am Ende im richtigen Paralleluniversum landen, um sich mit Papa zu treffen. "
Everetts Sohn Mark Oliver Everett gründete die Rockgruppe "The Eels", deren Musik oft mit Themen wie Familie, Tod und verlorene Liebe gefüllt ist.
Stephen Hawking und das Multiversum
Der berühmte britische Physiker Stephen Hawking starb am 14. März 2018, nachdem er jahrzehntelang an einen Rollstuhl gebunden und von einem Sprachsynthesizer abhängig war, weil er an Amyotropher Lateralsklerose litt. Hawkings letztes Forschungspapier, das nur 10 Tage vor seinem Tod veröffentlicht wurde, wurde geschriebenzusammen mit Thomas Hertog, Professor für theoretische Physik an der KU Leuven Universität in Belgien, und es betraf das Multiversum.
In dem Artikel mit dem Titel "Ein reibungsloser Ausstieg aus der ewigen Inflation?" Schlugen Hawking und Hertog vor, dass die rasche Ausweitung der Raumzeit nach dem Urknall wiederholt stattgefunden haben könnte und eine Vielzahl von Universen geschaffen hätte.
Dies war eine Erweiterung der Inflationstheorie, der derzeit vertretenen Theorie, dass der Urknall nicht wirklich der Anfang war. Die Inflationstheorie legt nahe, dass das Universum vor dem Urknall mit Energie gefüllt war, die Teil des Raums selbst war, und dass diese Energie dazu führte, dass sich der Raum exponentiell ausdehnte. Es ist diese Energie, die den Urknall hervorrief.
Da Inflation jedoch wie alles andere Quantencharakter hat, muss sie zu unterschiedlichen Zeiten an unterschiedlichen Orten geendet haben, während sich der Raum zwischen den Orten weiter aufbläst. Dies bedeutet wiederum, dass es Regionen des Raums geben würdewo die Inflation endet und ein Urknall beginnt, aber diese Regionen sich niemals begegnen können, da sie durch Regionen mit aufgeblasenem Raum getrennt sind.
In einem Interview erklärte Hawking seine Bedenken hinsichtlich der Inflationstheorie mit den Worten: „Die übliche Theorie der ewigen Inflation sagt voraus, dass unser Universum global wie ein unendliches Fraktal mit einem Mosaik verschiedener Taschenuniversen ist, die durch einen aufblasenden Ozean getrennt sindGesetze der Physik und Chemie können von Taschenuniversum zu Taschenuniversum unterschiedlich sein, was zusammen ein Multiversum bilden würde. Aber ich war nie ein Fan des Multiversums. Wenn die Skala verschiedener Universen im Multiversum groß oder unendlich ist, kann die Theorie dies nichtgetestet werden."
Stattdessen sagen die beiden voraus, dass das Universum zumindest im größten Maßstab tatsächlich glatt und endlich ist. Ihre Theorie verwendet das Konzept der Holographie, das beschreibt, wie die physikalische Realität in bestimmten 3D-Räumen mathematisch auf 2D-Projektionen auf a reduziert werden kannMit diesem Konzept konnten sie die ewige Inflation auf einen zeitlosen Zustand reduzieren, der zu Beginn der Zeit selbst auf einer räumlichen Oberfläche definiert wurde.
Hertog und Hawking verwendeten dann ihre neue Theorie, um vorherzusagen, dass das Universum, das aus der ewigen Inflation hervorgeht, tatsächlich endlich und viel einfacher ist als die unendliche fraktale Struktur, die durch die bestehende Theorie der ewigen Inflation vorhergesagt wird.
Hawking erklärte: "Wir sind nicht auf ein einziges, einzigartiges Universum beschränkt, aber unsere Ergebnisse implizieren eine signifikante Reduktion des Multiversums auf einen viel kleineren Bereich möglicher Universen."
Dies macht die Theorie nicht nur prädiktiver, sondern auch überprüfbar.
Und wenn Hawking und Hertog, Everett und Laura Mersini-Houghton Tegmark und Greene und eine Vielzahl anderer Physiker haben Recht, dann, irgendwo in einem anderen Universum, genau in dem Moment, in dem Sie diesen Artikel lesen, geht Hawking spazieren und spricht lebhaft über Physik. Hoffen wir.