Mehrere Universen können dasselbe Universum sein.

Ursprünglicher Autor: Dan Falk
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Wenn das Konzept des Multiversums seltsam erscheint, dann müssen wir unsere Vorstellungen von Zeit und Raum ändern.


Bild

Der Titel des Bildes, „Flammarion-Gravur“, ist Ihnen möglicherweise nicht bekannt, aber Sie haben es höchstwahrscheinlich oft gesehen. Es zeigt einen Pilger im Regenmantel und mit einem Stab. Hinter ihm liegt eine Landschaft aus Städten und Bäumen. Es ist von einer Kristallschale umgeben, die mit unzähligen Sternen übersät ist. Er erreichte den Rand der Welt, drang auf seine andere Seite vor und starrte erstaunt auf die neue Welt von Licht, Regenbogen und Feuer.

Das Bild wurde erstmals im 1888 veröffentlichten Buch des französischen Astronomen Camille Flammarion aus dem 19. Jahrhundert veröffentlicht: "Atmosphere: Popular Meteorology". Anfangs war es schwarz und weiß, obwohl Sie jetzt farbige Versionen finden können. Er stellt fest, dass der Himmel wirklich wie eine Kuppel aussieht, auf der Himmelskörper befestigt sind, aber die Eindrücke täuschen. „Unsere Vorfahren“, schreibt Flammarion, „stellten sich vor, dass dieses blaue Gewölbe so ist, wie ihre Augen es sehen. Aber, wie Voltaire schrieb, ist es genauso bedeutsam wie der Seidenraupe und bringt sein Netzwerk an die Grenzen des Universums. “



Die Gravur wird als Symbol für die Suche nach Wissen der Menschheit betrachtet, aber ich bevorzuge es, in ihr eine buchstäblichere Bedeutung zu sehen, die Flammarion beschreibt. In der Wissenschaftsgeschichte haben wir oft einen Bruch im Wissen über die Grenze gefunden und durchbohrt. Das Universum endet nicht hinter der Umlaufbahn von Saturn oder hinter den entferntesten Sternen der Milchstraße oder hinter den entferntesten Galaxien, die für uns sichtbar sind. Heute glauben Kosmologen, dass es möglicherweise völlig unterschiedliche Universen gibt.

Verglichen mit den Erkenntnissen der Quantenphysik ist dies jedoch fast trivial. Dies ist nicht nur ein neues Loch in der Kuppel, sondern eine neue Art von Loch. Physiker und Philosophen haben lange über die Bedeutung der Quantentheorie gestritten, aber sie sind sich einig, dass sie eine riesige Welt jenseits unserer Sinne erschließt. Das vielleicht einfachste Ergebnis dieses Prinzips - die direkteste Lektüre der Gleichungen der Quantentheorie - ist die von Hugh Everett in den fünfziger Jahren gemachte Interpretation vieler Welten. Aus seiner Sicht geschieht alles, was passieren kann, irgendwo in einer unendlichen Menge von Universen, und die Wahrscheinlichkeiten der Quantentheorie repräsentieren die relative Anzahl von Universen, in denen das eine oder andere Szenario stattfindet. Wie David Wallace, der Philosoph der Physik von der University of Southern California, in seinem 2012 erschienenen Buch The Emergent Multiverse schrieb:

Diese Reihe von Universen scheint auf den ersten Blick sehr verschieden zu sein, was von Kosmologen interpretiert wird. Das kosmologische Multiversum entstand aus Modellen, die versuchten, die Gleichförmigkeit des Universums auf Skalen zu erklären, die galaktische Skalen übertrafen. Die angenommenen Paralleluniversen sind entfernte separate Bereiche der Raumzeit, die aus ihren eigenen großen Explosionen resultieren, die sich aus ihren Blasen aus Quantenschaum (oder aus denen sie auch Universen wachsen lassen) entwickeln. Sie sind ungefähr die gleiche wie die Galaxie - man kann sich vorstellen, wie wir auf einem Raumschiff sitzen und zu ihnen gehen.

Im Gegensatz zu diesem Ansatz führt uns Everetts Interpretation vieler Welten nicht so weit. Das Konzept entstand durch Versuche, den Labormessprozess zu verstehen. Partikel, die Spuren in Wilsons Kammer hinterlassen, Atome, die von Magneten reflektiert werden, heiße Objekte, die Licht ausstrahlen: Dies alles waren praktische Experimente, die zur Schaffung einer Quantentheorie und zur Suche nach einer logisch konsistenten Interpretation führten. Die Quantenverzweigung, die im Prozess der Messung auftritt, erzeugt neue Welten, die sich in demselben Raum befinden, in dem wir existieren.

Diese beiden Arten von Multiversen haben jedoch viel gemeinsam. Übertragen auf einen der Typen können wir nur mental. Fliegen Sie zu einem anderen Universum der Blase im Raumfahrzeug, wird dies nicht funktionieren, da sich der Raum schneller erweitert. Daher sind diese Blasen voneinander getrennt. Wir sind auch von Natur aus von anderen Universen im Quantenmultiversum getrennt. Diese Welten werden, obwohl sie real sind, für immer außerhalb unseres Sichtfeldes bleiben.

Obwohl das Quantenmultiversum nicht für die Kosmologie entwickelt wurde, ist es überraschend gut dafür geeignet. In der allgemein anerkannten Quantenmechanik - in der von Niels Bohr und seinen Kameraden angenommenen Kopenhagener Interpretation - muss man zwischen einem Beobachter und dem, was er beobachtet, unterscheiden. Für die gewöhnliche Physik in Laboren ist alles in Ordnung. Der Beobachter bist du und du beobachtest das Experiment. Was aber, wenn das Beobachtungsobjekt das gesamte Universum ist? Sie können nicht darüber hinauskommen, um es zu messen. Multi-World-Interpretation führt solche künstlichen Trennungen nicht durch. In neuer ArbeitDer Caltech-Physiker Sean Carroll und seine Diplomstudenten Jason Pollack und Kimberly Boddy wenden direkt auf die Welt der Interpretation von Universen im kosmologischen Multiversum an. "In der konventionellen Quantenmechanik war weder Fisch noch Fleisch im Prinzip aus Sicht von Everett zu zählen", sagt Carroll.

Und schließlich geben zwei Arten von Multiversen die gleiche Vorhersage von Beobachtungen an. Der Unterschied ist, dass sie mögliche Ergebnisse an verschiedenen Orten platzieren. Carroll meint, dass "das kosmologische Multiversum, in dem sich verschiedene Zustände in getrennten Regionen der Raumzeit befinden, und das lokalisierte Multiversum, in dem sich verschiedene Zustände gerade in verschiedenen Zweigen der Wellenfunktion befinden", ähnlich sind.

Der MIT-Kosmologe Max Tegmark [Max Tegmark] erläuterte diese Idee in einem Bericht aus dem Jahr 2002, der zu seinem 2014 erschienenen Buch Our Mathematical Universe [Our Mathematical Universe] wurde. Er beschreibt mehrere Ebenen des Multiversums. Stufe I - die abgelegensten Regionen unseres eigenen Universums. Level III - seine Bezeichnung der Quantenserie von Welten (er hat auch die Level II und IV, aber es geht jetzt nicht um sie). Um die Ähnlichkeiten zwischen den Stufen I und III zu sehen, müssen Sie über die Art der Wahrscheinlichkeit nachdenken. Wenn etwas zu zwei Ergebnissen führen kann, sehen Sie eines davon, aber Sie können sicher sein, dass auch das andere passiert ist - entweder in einem anderen Teil des riesigen Universums oder direkt hier in einer Parallelwelt. Wenn der Kosmos groß und mit Materie gefüllt ist, werden die Ereignisse, die hier auf der Erde stattfinden, auch anderswo stattfinden.

Sie führen beispielsweise ein Experiment durch, bei dem Sie ein Atom an ein Magnetpaar senden. Sie werden sehen, wie er mit einer Wahrscheinlichkeit von 50% zum unteren oder oberen Magneten stürmt. In der Multi-World-Interpretation überschneiden sich zwei Welten in Ihrem Labor. In einem geht das Atom auf, im anderen - nach unten. Im kosmologischen Multiversum gibt es andere Universen (oder Teile unseres Universums) mit einem identischen Zwilling der Erde, an denen der Humanoid genau das gleiche Experiment durchführt, jedoch mit einem anderen Ergebnis. Mathematisch sind diese Situationen identisch.

Nicht jeder mag das Multiversum, besonders ähnliche Varianten des Multiversums. Aber angesichts der vorläufigen Natur dieser Hypothesen wollen wir mal sehen, wohin sie uns führen. Sie bieten eine radikale Idee: dass die beiden Multiversen nicht getrennt sein müssen - dass die Multiweltinterpretation sich nicht vom kosmologischen Konzept des Multiversums unterscheidet. Wenn sie anders aussehen, liegt das daran, dass wir die Realität falsch verstehen.

Ein Stanford-Physiker, Leonard Saskind, schlug vor, dass sie 2005 in dem Buch The Cosmic Landscape als gleichwertig betrachtet werden sollten. "Auf den ersten Blick scheint sich die Multi-World-Interpretation von Everett sehr von den ständig wachsenden Megavern zu unterscheiden", schreibt er (unter Verwendung seiner eigenen Bezeichnung für das Multiversum). "Ich denke jedoch, dass zwei Interpretationen über dasselbe sprechen können." Im Jahr 2011 verfasste er zusammen mit dem Physiker aus Berkeley, Rafael Bousso, einen Artikel, in dem sie argumentieren, dass diese beiden Ideen identisch sind. Sie sagen, der einzige Weg, den Wahrscheinlichkeiten der Quantenmechanik und des Phänomens der Dekohärenz - durch die unsere klassischen Kategorien von Positionen und Geschwindigkeiten entstehen - einen Sinn zu geben, wird die Anwendung einer Multi-World-Interpretation auf die Kosmologie sein. Als Ergebnis sollte das kosmologische Multiversum natürlich herauskommen. Im selben Jahr begründete Yasunori Nomura [Yasunori Nomura] von der University of California in Berkeley eine ähnliche Idee in seiner Arbeit, in der er „die Vereinheitlichung der Prozesse der Quantenmessung und des Multiversums“ gewährleistet. Tegmark verwendet ungefähr das gleiche Argument.in einem Papier von 2012, das gemeinsam mit Anthony Aguier [Anthony Aguirre] von der University of California in Santa Cruz geschrieben wurde.

Aus diesem Blickwinkel befinden sich viele Quantenwelten nicht direkt neben uns, sondern weit weg von uns. Die Wellenfunktion beschreibt, wie Tegmark schreibt, nicht "eine unbegreifliche imaginäre Menge von Möglichkeiten eines Objekts, sondern eine reale räumliche Sammlung identischer Kopien eines Objekts, die im unendlichen Raum existieren".

Im Endeffekt müssen Sie über Ihren Standpunkt nachdenken. Stellen Sie sich vor, Sie betrachten ein Multiversum aus der Position Gottes, aus dem Sie alle sich bietenden Möglichkeiten sehen können. Es gibt keine Wahrscheinlichkeiten. An einem Ort geschieht alles mit Gewissheit. Aus einem begrenzten Blickwinkel unserer Welt, der an den Planeten Erde gebunden ist, entfalten sich verschiedene Ereignisse mit unterschiedlichen Wahrscheinlichkeiten. "Wir verändern das globale Bild, in dem absolut alles irgendwo passiert, aber niemand kann alles auf einmal sehen - in ein lokales Bild, in dem Sie einen, im Grunde kenntnisfähigen Abschnitt" haben, sagt Bousso.

Viele Kosmologen finden im Relikt-Strahlungsbild einen Beweis für die Existenz eines viel größeren Raums, als wir direkt beobachten können

Um von global zu lokal zu gelangen, müssen wir das Universum durchtrennen, um das Messbare vom Ungemessenen zu trennen. Gemessen wird unsere "kausale Verschwörung", wie Busso es nennt. Dies ist die Summe von allem, was uns beeinflussen kann - nicht nur das beobachtbare Universum, sondern auch eine Raumregion, die für unsere entfernten Nachkommen zugänglich ist. Wenn wir unseren Ausschnitt aus dem Rest der Raum-Zeit herausschneiden, können wir uns vorstellen, welche Beobachtungen wir machen können, und als Ergebnis erhalten wir die Quantenmechanik im alten Stil.

Aus diesem Blickwinkel ist die Ursache für die Unsicherheit von Quantenereignissen, dass wir nicht wissen, wo wir uns im Multiversum befinden. Im unendlichen Raum gibt es eine unendliche Anzahl von Kreaturen, die genauso aussehen und sich benehmen, wie Sie in allem sind. Das Hauptgeheimnis betrifft die klassische Karikatur des New Yorker. Auf einem Stück Eis ist eine Menge identischer Pinguine. Einer von ihnen fragt: "Und wer bin ich?"



Der arme Pinguin hat immer noch die Möglichkeit, seine Position durch die Triangulation des nächstgelegenen schwebenden Eises zu bestimmen, aber im Multiversum gibt es keine derartigen Bezugspunkte, sodass wir unsere mehrfachen Kopien niemals teilen können. David Deutsch [David Deutsch] - ein Physiker aus Oxford und wie Carroll und Tegmark ein treuer Anhänger einer Multi-World-Interpretation - schreibt in seinem Buch „The Fabric of Reality“: „Angenommen, welche der identischen Kopien ist Ich möchte davon ausgehen, dass es außerhalb des Multiversums einen bestimmten Bezugsrahmen gibt, in Bezug auf den diese Frage beantwortet werden kann: "Ich bin Dritter von links." Aber was ist das "links" und was ist das "dritte"? Es gibt keinen "Standpunkt außerhalb des Multiversums".

Tegmark sagt, dass das Konzept der Wahrscheinlichkeit in der Quantenmechanik im Wesentlichen "Ihre Unfähigkeit widerspiegelt, sich auf der Multiversum-Ebene I zu befinden, dh zu wissen, welche der unendlich vielen Kopien im Raum Ihr subjektives Gefühl besitzt". Mit anderen Worten, Ereignisse sehen probabilistisch aus, weil Sie nie wissen, wer Sie sind. Anstatt sich nicht sicher zu sein, wie das Experiment ablaufen wird, geht er den ganzen Weg. Sie sind einfach nicht sicher, wer von Ihnen welche Ergebnisse beobachtet.

Für Busso reicht der mathematische Erfolg eines solchen Ansatzes aus, und er wird nicht an Schlaflosigkeit leiden, weil jemand die tiefe Bedeutung des verschmelzenden Multiversums bestimmen wird. "Im Wesentlichen kommt es darauf an, welche Vorhersagen Ihre Theorie macht und wie sie sich auf Beobachtungen beziehen", sagt er. - Regionen, die außerhalb unseres kosmologischen Horizonts liegen, können nicht beobachtet werden, ebenso wie die Auswirkungen der Wellenfunktion, auf die wir uns nicht gefunden haben. Dies sind nur die Tools, die wir für Berechnungen verwenden. “

Eine solche instrumentelle Herangehensweise an die physikalische Theorie befriedigt jedoch nicht viele. Wir möchten wissen, was das alles bedeutet - wie das Ablesen der Messwerte aus dem Gerät die Existenz unendlicher Blasen in der Raumzeit verraten kann. Massimo Pigliucci, wissenschaftlicher Philosoph an der City University von New York, sagt: "Wenn Sie von der wirklichen Teilung des Universums sprechen, dann erklären Sie mir, wie genau dies geschieht und wo sich diese anderen Welten befinden."

Um die Bedeutung der Verbindung zwischen den multiversen Varianten zu verstehen, ist es erforderlich, unser Verständnis von Raum und Zeit zu aktualisieren. Wenn sich das Multiversum gleichzeitig irgendwo weit weg und genau hier befindet, ist dies vielleicht ein Zeichen dafür, dass unsere Kategorien „dort“ und „hier“ uns im Stich lassen.

Vor fast zwei Jahrzehnten argumentierte Deutsch in ihrem „Fabric of Reality“, dass das Multiversum einen neuen Zeitbegriff erfand. Sowohl im Alltag als auch in der Physik gehen wir davon aus, dass es so etwas wie Newtons Typ der ewig aktuellen Zeit gibt. Ein Multiversum wird normalerweise als eine Struktur beschrieben, die sich im Laufe der Zeit erweitert. Tatsächlich fließt die Zeit nicht und vergeht nicht, und wir bewegen uns nicht auf mysteriöse Weise. Zeit bestimmen die Bewegung. Es kann sich nicht bewegen. Daher entwickelt sich das Multiversum nicht. Sie existiert einfach. Deutsch schreibt: "Das Multiversum ist nicht" erschienen "und" verschwindet nicht "; diese Ausdrücke deuten auf den Zeitablauf hin. "

Anstatt sich vorzustellen, wie sich das Multiversum in der Zeit entwickelt, glaubt Deutsch, dass wir uns vorstellen müssen, wie sich die Zeit im Multiversum entwickelt. Andere Zeiten sind einfach Sonderfälle anderer Universen. Unabhängig davon spielte der Physiker Julian Barbour [Julian Barbour] in seinem 1999 erschienenen Buch The End of Time mit dieser Idee. Einige dieser anderen Universen, schreibt Deutsch, ähneln sehr stark unserem - unserem "Jetzt" -, dass wir sie als Teile der Geschichte unseres Universums und nicht als getrennte Universen interpretieren. Für uns sind sie nicht irgendwo im Raum, sondern auf unserer Zeitleiste. Genauso wie wir nicht das gesamte Universum gleichzeitig wahrnehmen können, können wir nicht unendlich viele Momente gleichzeitig wahrnehmen. Stattdessen spiegelt unsere Wahrnehmung unsere Perspektive von eingebetteten Beobachtern wider, die in einzelnen Momenten leben.

Das Multiversum kann auch unsere Sicht auf den Raum korrigieren. "Warum sieht die Welt klassisch aus?", Fragt Carroll. - Warum ist die Raum-Zeit in vier Dimensionen existiert „Carroll, die gemacht hat? Ein Blog - Eintrag , aber es gibt Ihnen eine Plattform , auf der sie fragen können" über die Assoziation des Multiversums, räumt ein, dass Everett diese Fragen nicht beantwortet“.

Er glaubt , dass Der Weltraum ist nicht von grundlegender Bedeutung, sondern ist das Ergebnis eines Phänomens. Woher kommt er? Was gibt es eigentlich? Für Carroll gibt Everett eine einfache Antwort auf diese Frage: "Die Welt ist eine Wellenfunktion", sagt Carroll. "Dies ist ein Element des Hilbert-Raums. und sho“.

Der Hilbert-Raum ist ein mathematischer Raum, der einer Quantenwellenfunktion zugeordnet ist. Dies ist eine abstrakte Darstellung aller möglichen Systemzustände. Es ist ein bisschen wie Euklidisch, aber die Anzahl der Messungen variiert und hängt von der Anzahl der zulässigen Systemzustände ab. In Qubit - der grundlegenden Dateneinheit in Quantencomputern, die den Wert 0, 1 annehmen kann oder sich in ihrer Überlagerung befindet, ist der Hilbert-Raum zweidimensional. Eine stetige Größe wie Position oder Geschwindigkeit entspricht einem unendlich-dimensionalen Hilbert-Raum.

Physiker beginnen normalerweise mit einem System, das im realen Raum existiert, und leiten daraus einen Hilbert-Raum ab, aber Carroll glaubt, dass dieser Prozess umgekehrt werden kann. Stellen Sie sich alle möglichen Zustände des Universums vor und kommen Sie zu dem Punkt, an dem die Räume existieren sollen - wenn sie überhaupt in einem Raum existieren. Ein System kann nicht in einem, sondern in mehreren Räumen gleichzeitig existieren, und wir werden es als Multiversum bezeichnen. Eine solche Sichtweise "liegt natürlich auf der Idee der aufkommenden Raumzeit", sagt Carroll.

Einige Leute - insbesondere Philosophen - lehnen einen solchen Ansatz ab. Der Hilbert-Raum kann ein gültiges mathematisches Werkzeug sein, aber das bedeutet nicht, dass wir darin leben. Wallace, der die Multi-World-Interpretation unterstützt, sagt, dass der Hilbert-Raum nicht buchstäblich eine bestehende Struktur ist, sondern eine Möglichkeit, reale Dinge zu beschreiben - Strings, Partikel, Felder oder was das Universum sonst noch ausmacht. "In einem metaphorischen Sinn leben wir in einem Hilbert-Raum, aber nicht wörtlich", sagt er.

Hugh Everett erlebte kein erneuertes Interesse an seiner Version der Quantenmechanik. Er starb 1982 an einem Herzinfarkt im Alter von 51 Jahren. Er war ein unerschütterlicher Atheist und war überzeugt, dass dies das Ende war; Seine Frau warf seinen Anweisungen nach und warf die Asche zusammen mit dem Müll. Aber seine Botschaft beginnt sich wahrscheinlich zu etablieren. Es kann kurz zusammengefasst werden: Seien Sie ernst mit der Quantenmechanik. In diesem Fall entdecken wir, dass die Welt eine Überraschung ist! - wird reicher und mehr als wir uns vorgestellt haben. Genau wie Voltaire sah der Seidenraupe nur sein Netzwerk, wir sehen nur ein kleines Stück des Multiversums, aber dank Everett und seinen Anhängern können wir uns immer noch durch einen Spalt in der kristallinen Hülle "wo die Erde auf den Himmel trifft" durchdrücken und einen kurzen Blick darauf werfen worauf es hinaus geht.

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