Als je dacht dat alles beperkt was tot wat we buiten de kosmische horizon vonden, bereid je dan voor om van gedachten te veranderen.
“Het is moeilijk om inflatiemodellen te bouwen die niet tot een multiversum leiden. Dit is niet onmogelijk, dus ik weet zeker dat er meer onderzoek nodig is. Maar de meeste inflatiemodellen leiden tot een multiversum, en het bewijs voor inflatie zal ons naar serieuze acceptatie [van meerdere universums] duwen,”zei Alan Guth, de Amerikaanse fysicus en kosmoloog die ooit pionierde met het idee van inflatie, of kosmische expansie.
Stel je voor dat het universum dat we observeren - van begin tot eind - slechts een druppel in de kosmische oceaan is. Dat er buiten wat we zien, meer ruimte is, meer melkwegstelsels, vooral, talloze miljarden lichtjaren verder dan we ooit kunnen bereiken. En zo uitgestrekt als het universum kan zijn, zo ontelbaar kan het aantal vergelijkbare universums zijn - sommige groter en ouder, sommige kleiner en jonger - verspreid over de ruimte-tijd. En net zo snel als deze universums uitbreiden, wordt de ruimtetijd waarin ze zich bevinden nog sneller, waardoor ze verder uit elkaar worden getrokken en ervoor wordt gezorgd dat geen twee universums elkaar ooit zullen ontmoeten. Klinkt als sciencefiction? Dit is het wetenschappelijke idee van multiversum, of meerdere universums. Maar als de wetenschappelijke visie die we vandaag innemen correct is,dit idee zal niet alleen voldoende zijn, maar ook een onvermijdelijk gevolg van onze fundamentele wetten, zegt natuurkundige Ethan Siegel.
Het idee van meerdere universums is geworteld in de fysica die nodig is om het universum te beschrijven dat we vandaag zien en bewonen. Aan de hele hemel zien we sterren en sterrenstelsels geclusterd in een groot kosmisch web. Maar hoe verder we de ruimte in kijken, hoe verder we terug in de tijd komen. Hoe verder weg de melkwegstelsels zijn, hoe jonger ze zijn en dus minder ontwikkeld. Hun sterren hebben minder zware elementen, ze lijken kleiner omdat er minder samensmeltingen zijn, meer spiralen en minder ellipsen (omdat die laatste tijd kosten), enzovoort. Als we naar de grenzen van het zichtbare gaan, vinden we de allereerste sterren in het universum, en daarbuiten - een gebied van duisternis waarin maar één licht is: het nagloeien van de oerknal.
De oerknal zelf - die 13,8 miljard jaar geleden plaatsvond - was niet het begin van ruimte en tijd, maar eerder het begin van ons waarneembare universum. Daarvoor was er een tijdperk dat bekend stond als kosmische inflatie, toen de ruimte zelf exponentieel uitbreidde, gevuld met de energie die inherent is aan het weefsel van ruimtetijd. Kosmische inflatie is zelf een voorbeeld van een theorie die kwam en de voorgaande verving:
“Het was in overeenstemming met alle successen van de Big Bang-theorie en omvatte de hele moderne kosmologie.
- Ze legde een aantal problemen uit die de oerknal niet kon verklaren, inclusief waarom het universum overal dezelfde temperatuur had, waarom het ruimtelijk vlak is en waarom er geen hoogenergetische relikwieën zoals magnetische monopolen meer waren.
Promotie video:
'En ze deed veel nieuwe voorspellingen die observatief konden worden getest, waarvan de meeste werden bevestigd.
Er was echter één gevolg dat de inflatie-theorie voorspelde. We weten niet of we het kunnen bevestigen of niet: meerdere universums.
Opblazen leidt tot een exponentiële uitbreiding van de ruimte, wat zeer snel kan resulteren in het feit dat een reeds bestaande gekromde ruimte er vlak uitziet.
Door inflatie neemt de ruimte exponentieel toe. Dat wil zeggen, je neemt alles dat bestond vóór de oerknal en wordt veel, veel, veel meer dan het was. Tot nu toe past dit bij ons: het verklaart hoe we een homogeen en enorm universum hebben gekregen. Wanneer de inflatie eindigt, is het universum gevuld met materie en straling, waarvan we het uiterlijk zien als een gloeiend hete oerknal. En dit is waar de eigenaardigheden beginnen. Om de inflatie te beëindigen, ongeacht welk kwantumveld er verantwoordelijk voor is, moet het van een hoogenergetische instabiele toestand naar een laagenergetische en stabiele toestand gaan. Deze overgang en "glijden" naar beneden in de vallei maakt een einde aan de inflatie en veroorzaakt de oerknal.
Maar ongeacht welk veld verantwoordelijk is voor inflatie, zoals in alle andere gebieden die de wetten van de fysica gehoorzamen, moet het een kwantumveld in de natuur zijn. Zoals alle kwantumvelden wordt het beschreven door een golffunctie, met de kans op golfvoortplanting in de tijd. Als de grootte van het veld langzaam de vallei in rolt, zal de kwantumspreiding van de golffunctie sneller zijn dan de roll-off, wat betekent dat het mogelijk is - zelfs waarschijnlijk - dat inflatie geleidelijk zal leiden tot de oerknal.
Als inflatie een kwantumveld was, zou de grootte van het veld in de loop van de tijd uiteenlopen, waarbij verschillende ruimtegebieden verschillende realisaties van de waarde van het veld zouden aannemen. In veel regio's zal de waarde van het veld naar de bodem van de vallei dalen, waardoor de inflatie wordt beëindigd, maar in veel andere zal de inflatie zo lang als nodig aanhouden.
Omdat de ruimte tijdens het opblazen exponentieel toeneemt, betekent dit dat er in de loop van de tijd exponentieel meer gebieden van de ruimte worden gecreëerd. In sommige gebieden stopt de inflatie: waar het veld in een vallei glijdt. Maar in andere gevallen zal de inflatie doorgaan, waardoor er steeds meer ruimte ontstaat rond elk gebied waar de inflatie ophoudt. Het inflatiepercentage is veel sneller dan zelfs het maximale expansietempo van het universum gevuld met materie en energie, daarom beslaan de inflatiegebieden in de kortst mogelijke tijd alles. Volgens de mechanismen die ons van voldoende inflatie voorzien om het universum te creëren dat we zien, wordt ons gebied in de ruimte waar de inflatie is geëindigd omgeven door veel meer andere regio's - waar inflatie aanhoudt of niet onmiddellijk eindigde.
De inflatie gaat oneindig door, ondanks de gebieden waar ze eindigde
Dit is waar het fenomeen dat bekend staat als eeuwige inflatie optreedt. Waar de inflatie eindigt, wordt de oerknal geboren en is het universum - zoals we zien - vergelijkbaar met het onze. Maar waar de inflatie niet ophoudt, ontstaat er meer inflatoire ruimte, die aanleiding geeft tot andere regio's waar er een big bang zal zijn, los van de onze, en andere regio's waar inflatie begint.
Hoe groot ons universum ook is, dit is slechts een kleine fractie van alles wat werkelijk is
Dit beeld van uitgestrekte universums, veel groter dan het magere deel dat we kunnen waarnemen, constant gecreëerd door de zwellende ruimte, is het multiversum. Het is belangrijk om te begrijpen dat het multiversum op zichzelf geen wetenschappelijke theorie is. Het maakt geen voorspellingen en waarneembare verschijnselen die we kunnen bereiken. Nee, het multiversum zelf is een theoretische voorspelling die volgt uit de natuurkundige wetten die we tot nu toe hebben afgeleid. Misschien is dit zelfs een onvermijdelijk gevolg van deze wetten: als je een inflatoir universum neemt dat wordt beheerst door kwantumfysica, krijg je dit.
Misschien is ons begrip van deze toestand vóór de oerknal verkeerd, en dat ons begrip van inflatie volledig verkeerd is. In zo'n geval zal het bestaan van meerdere universums niet het uiteindelijke gevolg zijn. Maar de voorspelling van eeuwige inflatie, die talloze pocket-universums omvat, is een direct gevolg van onze beste theorieën, indien correct.
Wat is dan het multiversum? Het kan verder gaan dan de natuurkunde en de eerste fysiek gemotiveerde "metafysica" worden die we ooit zijn tegengekomen. Voor het eerst begrijpen we de grenzen van wat ons universum ons kan leren. Tot die tijd kunnen we voorspellen, maar we kunnen niet bevestigen of ontkennen dat ons universum slechts een klein onderdeel is van een groter rijk: het multiversum.
Ilya Khel
