Mehrere Universen können dasselbe Universum sein

Wenn das Konzept des Multiversums seltsam erscheint, müssen wir unsere Vorstellungen von Zeit und Raum ändern

Der Name des Bildes, Flammarions Gravur, ist Ihnen vielleicht nicht bekannt, aber Sie haben ihn wahrscheinlich schon oft gesehen. Es zeigt einen Pilger in einem Umhang und mit einem Stab. Dahinter befindet sich eine Landschaft aus Städten und Bäumen. Eine Kristallschale mit unzähligen Sternen umgibt ihn. Er erreichte den Rand der Welt, drang auf die andere Seite vor und starrte erstaunt auf die neue Welt des Lichts, des Regenbogens und des Feuers.

Das Bild wurde erstmals 1888 im Buch des französischen Astronomen Camille Flammarion aus dem 19. Jahrhundert „Atmosphäre: Populäre Meteorologie“ veröffentlicht. Anfangs war es schwarz und weiß, obwohl Sie jetzt gemalte Versionen finden können. Er merkt an, dass der Himmel zwar wie eine Kuppel aussieht, auf der Himmelskörper befestigt sind, aber die Eindrücke täuschen. "Unsere Vorfahren", schreibt Flammarion, "stellten sich vor, dass dieses blaue Gewölbe das ist, was ihre Augen sehen." Aber wie Voltaire schrieb, ist dies genauso bedeutsam wie eine Seidenraupe, die ihr Netz bis an die Grenzen des Universums spinnt. “



Gravur wird als Symbol für die Suche der Menschheit nach Wissen angesehen, aber ich bevorzuge es, darin eine wörtlichere Bedeutung zu sehen, die von Flammarion beschrieben wird. Viele Male in der Geschichte der Wissenschaft haben wir eine Lücke im Grenzwissen gefunden und durchbohrt. Das Universum endet nicht jenseits der Umlaufbahn des Saturn oder jenseits der entferntesten Sterne der Milchstraße oder jenseits der entferntesten Galaxien, die für uns sichtbar sind. Heute glauben Kosmologen, dass es völlig andere Universen geben kann.

Verglichen mit den Entdeckungen der Quantenphysik ist dies jedoch fast banal. 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 auf die eine oder andere Weise sind sie sich einig, dass sie eine weite Welt jenseits unserer Sinne öffnet. Das vielleicht einfachste Ergebnis dieses Prinzips - das direkteste Lesen der Gleichungen der Quantentheorie - ist die multivariate Interpretation, die Hugh Everett in den 1950er Jahren vorgenommen hat. Aus seiner Sicht geschieht alles, was passieren kann, irgendwo in einer unbegrenzten Menge von Universen, und die Wahrscheinlichkeiten der Quantentheorie repräsentieren die relative Anzahl von Universen, in denen sich das eine oder andere Szenario entwickelt. David Wallace, Philosoph der Physik an der University of Southern California, schrieb 2012 in seinem Buch The Emergent Multiverse mit einer wörtlichen Wahrnehmung der Quantenmechanik: „Die Welt ist viel größer als wir erwartet hatten: unsere klassische Welt "Es stellt sich heraus, dass dies ein kleiner Teil einer viel größeren Realität ist."

Diese Reihe von Universen scheint sich auf den ersten Blick sehr von der zu unterscheiden, die Kosmologen interpretieren. Das kosmologische Multiversum ist aus Modellen hervorgegangen, die versuchen, die Homogenität des Universums in Maßstäben zu erklären, die über die galaktische hinausgehen. Angebliche parallele Universen sind entfernte, getrennte Regionen der Raum-Zeit, die infolge ihrer eigenen großen Explosionen entstanden sind und sich aus ihren Quantenschaumblasen entwickeln (oder aus denen dort noch Universen wachsen). Sie existieren ähnlich wie Galaxien - Sie können sich vorstellen, wie wir in ein Raumschiff einsteigen und zu ihnen gehen.

Aber im Gegensatz zu diesem Ansatz führt uns die Multi-World-Interpretation von Everett nicht so weit. Das Konzept entstand durch den Versuch, den Prozess der Labormessungen zu verstehen. Teilchen, die Spuren in der Wilson-Kammer hinterlassen, Atome, die von Magneten reflektiert werden, heiße Objekte, die Licht emittieren: All dies waren praktische Experimente, die zur Schaffung der Quantentheorie und zur Suche nach einer logisch konsistenten Interpretation führten. Die Quantenverzweigung, die während des Messprozesses auftritt, schafft neue Welten, die dem gleichen Raum überlagert sind, in dem wir existieren.

Diese beiden Arten von Multiversen haben jedoch viel gemeinsam. Übertragen Sie auf einen der Typen, die wir nur mental können. Es wird nicht funktionieren, in einem Raumschiff in ein anderes Blasenuniversum zu fliegen, da sich der Weltraum schneller ausdehnt. Daher sind diese Blasen voneinander getrennt. Wir sind auch von Natur aus von anderen Universen im Quantenmultiversum getrennt. Obwohl diese Welten real sind, werden sie für immer außerhalb unserer Sicht bleiben.

Obwohl das Quantenmultiversum nicht für die Kosmologie entwickelt wurde, passt es überraschenderweise gut dazu. In der konventionellen Quantenmechanik - in der von Niels Bohr und seinen Kameraden angenommenen Kopenhagener Interpretation - muss zwischen einem Beobachter und dem, was er beobachtet, unterschieden werden. Für die gewöhnliche Physik in Laboratorien 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 hinausgehen, um es zu messen. Eine Multi-Welt-Interpretation macht solche künstlichen Trennungen nicht. In einer neuen Arbeit wendet ein Caltech-Physiker, Sean Carroll, zusammen mit den Doktoranden Jason Pollack und Kimberly Boddy direkt eine Multi-Welt-Interpretation auf die Schaffung von Universen im kosmologischen Multiversum an. "Alles, was in der konventionellen Quantenmechanik weder Fisch noch Fleisch war, wird aus Everetts Sicht prinzipiell zählbar", sagt Carroll.

Und schließlich geben zwei Arten von Multiversen die gleichen Vorhersagen von Beobachtungen. Der Unterschied besteht darin, dass sie die möglichen Ergebnisse an verschiedenen Orten platzieren. Carroll betrachtet ein ähnliches "kosmologisches Multiversum, in dem sich verschiedene Zustände in getrennten Regionen der Raum-Zeit befinden, und ein lokalisiertes Multiversum, in dem sich verschiedene Zustände genau hier befinden, nur in verschiedenen Zweigen der Wellenfunktion".

Der MIT-Kosmologe Max Tegmark skizzierte diese Idee in einem Artikel aus dem Jahr 2002, der sich zu seinem 2014 erschienenen Buch Our Mathematical Universe entwickelte. Er beschreibt mehrere Ebenen des Multiversums. Level I - extrem abgelegene Regionen unseres eigenen Universums. Level III - die Bezeichnung eines Quantensatzes von Welten (er erfüllt auch Level II und IV, aber jetzt geht es nicht mehr um sie). Um die Ähnlichkeiten zwischen den Stufen I und III zu erkennen, müssen Sie über die Art der Wahrscheinlichkeit nachdenken. Wenn etwas zwei Ergebnisse haben kann, sehen Sie eines davon, aber Sie können sicher sein, dass das andere auch passiert ist - entweder in einem anderen Teil des gigantischen Universums oder genau hier in einer Parallelwelt. Wenn der Kosmos groß genug und mit Materie gefüllt ist, werden die Ereignisse, die hier auf der Erde stattfinden, auch woanders stattfinden, wie etwa mögliche Variationen dieser Ereignisse.

Sie führen beispielsweise ein Experiment durch, bei dem Sie ein Atom auf ein Magnetpaar richten. Sie werden sehen, wie es mit einer Wahrscheinlichkeit von 50% zum unteren oder oberen Magneten rast. Bei einer weltweiten Interpretation überschneiden sich in Ihrem Labor zwei Welten. In einem geht das Atom nach oben, im anderen nach unten. Im kosmologischen Multiversum gibt es andere Universen (oder Teile unseres Universums) mit dem 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 die ähnlichen Variationen des Multiversums. Aber angesichts des vorläufigen Charakters dieser Hypothesen wollen wir sehen, wohin sie uns führen. Sie bieten eine radikale Idee: Zwei Multiversen müssen nicht getrennt sein - eine Multi-Welt-Interpretation unterscheidet sich nicht vom kosmologischen Konzept des Multiversums. Wenn sie anders erscheinen, liegt es daran, dass wir die Realität falsch verstehen.

Ein Stanford-Physiker, Leonard Saskind, schlug vor, sie in dem 2005 erschienenen Buch The Cosmic Landscape als gleich zu behandeln. "Die Multi-World-Interpretation von Everett scheint sich auf den ersten Blick sehr von den immer größer werdenden Megawern zu unterscheiden", schreibt er (unter Verwendung seines eigenen Begriffs für das Multiversum). "Ich denke jedoch, dass die beiden Interpretationen über dasselbe sprechen." 2011 schrieb er zusammen mit Rafael Busso, einem Physiker aus Berkeley, eine Arbeit, in der sie behaupten, dass die beiden Ideen identisch sind. Sie sagen, dass die einzige Möglichkeit, den mit der Quantenmechanik und dem Dekohärenzphänomen verbundenen Wahrscheinlichkeiten, dank derer unsere klassischen Kategorien von Positionen und Geschwindigkeiten auftreten, einen Sinn zu geben, darin besteht, eine Mehrweltinterpretation auf die Kosmologie anzuwenden. Infolgedessen sollte sich natürlich das kosmologische Multiversum ergeben. Im selben Jahr begründete Yasunori Nomura von der University of California in Berkeley eine ähnliche Idee in seiner Arbeit, in der er "die Prozesse der Quantenmessungen und des Multiversums vereinheitlicht". Tegmark verwendet ungefähr das gleiche Argument in einem 2012 von Anthony Aguirre von der University of California in Santa Cruz verfassten Artikel.

Unter diesem Gesichtspunkt befinden sich viele Quantenwelten nicht direkt neben uns, sondern weit von uns entfernt. Die Wellenfunktion beschreibt, wie Tegmark schreibt, nicht „eine unverständliche imaginäre Menge von Möglichkeiten, was ein Objekt tun kann, sondern eine reale räumliche Sammlung identischer Kopien eines Objekts, das im unendlichen Raum existiert“.

Die Quintessenz ist, dass Sie sorgfältig über Ihren Standpunkt nachdenken müssen. Stellen Sie sich vor, Sie betrachten das Multiversum von der Position Gottes aus, von der aus alle realisierten Möglichkeiten sichtbar sind. Es gibt keine Wahrscheinlichkeiten. Alles geschieht mit Sicherheit an einem der Orte. Aus der begrenzten Sicht unserer Welt, die an den Planeten Erde gebunden ist, entfalten sich verschiedene Ereignisse mit unterschiedlichen Wahrscheinlichkeiten. „Wir ändern das globale Bild, in dem absolut alles irgendwo passiert, aber niemand kann alles auf einmal sehen - auf dem lokalen, in dem Sie eine im Grunde erkennbare Site haben“, sagt Busso.

Viele Kosmologen finden Hinweise auf einen viel größeren Raum im Reliktstrahlungsbild, als wir direkt beobachten können

Um von global zu lokal zu gelangen, müssen wir das Universum abschneiden, um das Messbare vom Unmessbaren zu trennen. Das Gemessene ist unser „Kausalort“, wie Busso es nennt. Dies ist die Summe von allem, was uns beeinflussen kann - nicht nur das beobachtbare Universum, sondern auch die Region des Raums, die unseren entfernten Nachkommen zur Verfügung stehen wird. Wenn wir unsere Handlung aus dem Rest der Raumzeit herausschneiden, können wir uns vorstellen, welche Beobachtungen wir machen können, und als Ergebnis erhalten wir eine Quantenmechanik im alten Stil.

Unter diesem Gesichtspunkt liegt der Grund für die Unsicherheit von Quantenereignissen darin, dass wir nicht wissen, wo wir uns im Multiversum befinden. Im unendlichen Raum gibt es unendlich viele Kreaturen, die in allem genau so aussehen und sich so verhalten wie Sie. Das Hauptgeheimnis beleuchtet die klassische Karikatur von New Yorker. Auf einem Stück Eis ist eine Menge identischer Pinguine. Einer von ihnen fragt: "Und wer von uns bin ich?"



Der arme Pinguin hat immer noch die Möglichkeit, seinen Aufenthaltsort durch Triangulation des nächsten schwimmenden Eises festzustellen, aber im Multiversum gibt es keine solchen Bezugspunkte, so dass wir niemals unsere Mehrfachkopien teilen können. David Deutsch ist ein Physiker aus Oxford und schreibt wie Carroll und Tegmark, ein treuer Anhänger der multivariaten Interpretation, in The Fabric of Reality: „Unter der Annahme eines Punktes in der Frage, welche der identischen Kopien ist Ich meine, anzunehmen, dass es außerhalb des Multiversums ein Referenzsystem gibt, über das man diese Frage beantworten kann: „Ich bin der dritte auf der linken Seite“. 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 tatsächlich "Ihre Unfähigkeit widerspiegelt, sich im Multiversum der ersten Ebene zu befinden, dh zu wissen, welche der unendlich vielen Kopien im Raum Ihre subjektive Empfindung hat". Mit anderen Worten, Ereignisse sehen wahrscheinlich aus, weil Sie nie wissen, wer von Ihnen Sie sind. Anstatt sich nicht sicher zu sein, wie das Experiment verlaufen wird, geht es den ganzen Weg; Sie sind sich einfach nicht sicher, wer von Ihnen welche Ergebnisse beobachtet.

Für Busso reicht der mathematische Erfolg dieses Ansatzes aus, und er wird nicht an Schlaflosigkeit leiden, weil jemand die tiefe Bedeutung der zusammengeführten Multiversen bestimmen wird. "In der Tat sind Ihre Vorhersagen wichtig und wie sie sich auf Ihre Beobachtungen beziehen", sagt er. - Die Regionen jenseits unseres kosmologischen Horizonts können nicht beobachtet werden, ebenso wie die Verzweigung der Wellenfunktion, auf der wir uns nicht befanden. Dies sind nur die Werkzeuge, die wir für Berechnungen verwenden. “

Ein solcher instrumenteller Ansatz zur physikalischen Theorie befriedigt jedoch nicht viele. Wir wollen wissen, was dies alles bedeutet - wie das Ablesen eines Messgeräts die Existenz unendlicher Blasen in der Raumzeit verraten kann. Massimo Pigliucci, ein Wissenschaftsphilosoph an der City University of New York, sagt: „Wenn Sie über eine echte Teilung des Universums sprechen, dann erklären Sie mir genau, wie dies geschieht und wo genau diese anderen Welten sind.“

Vielleicht ist es notwendig, unser Verständnis von Raum und Zeit zu erneuern, um die Bedeutung des Zusammenhangs zwischen Multiversum-Optionen zu verstehen. Wenn das Multiversum gleichzeitig irgendwo weit weg und genau hier ist, ist dies vielleicht ein Zeichen dafür, dass unsere Kategorien „dort“ und „hier“ versagen.

Vor fast zwei Jahrzehnten argumentierte Deutsch in seinem Fabric of Reality, dass das Multiversum ein neues Zeitkonzept erfinde. Sowohl im Alltag als auch in der Physik nehmen wir die Existenz von etwas wie Newtons ewig aktueller Zeit an. Das Multiversum wird normalerweise als eine Struktur beschrieben, die sich im Laufe der Zeit entfaltet. Tatsächlich fließt die Zeit nicht und vergeht nicht, und wir bewegen uns nicht auf mysteriöse Weise daran entlang. Zeit ist die Art und Weise, wie wir Bewegung bestimmen. Es kann sich nicht bewegen. Daher entwickelt sich das Multiversum nicht weiter. Sie existiert einfach. Deutsch schreibt: „Das Multiversum ist nicht„ erschienen “und„ verschwindet “nicht; Diese Begriffe bedeuten den Lauf der Zeit. "

Anstatt sich vorzustellen, wie sich das Multiversum in der Zeit entwickelt, sollte Deutsch sich vorstellen, wie sich die Zeit im Multiversum entwickelt. Andere Zeiten sind einfach Sonderfälle anderer Universen. Unabhängig von ihm bastelte der Physiker Julian Barbour 1999 in seinem Buch The End of Time an dieser Idee. Einige dieser anderen Universen, schreibt Deutsch, erinnern so sehr an unsere - unser „Jetzt“ -, dass wir sie als Teile der Geschichte unseres Universums interpretieren und nicht als separate Universen. Für uns sind sie nicht irgendwo im Raum, sondern auf unserer Zeitlinie. So wie wir nicht das gesamte Universum gleichzeitig wahrnehmen können, können wir nicht unendlich viele Momente gleichzeitig wahrnehmen. Stattdessen spiegeln unsere Wahrnehmungen unsere Perspektive von eingebauten Beobachtern wider, die in isolierten Momenten leben. Beim Übergang von einer globalen zu einer lokalen Sichtweise stellen wir die bekannten Zeichen der Zeit wieder her.

Das Multiversum kann auch unsere Sicht auf den Raum korrigieren. "Warum sieht die Welt klassisch aus?" Fragt Carroll. "Warum existiert Raum-Zeit in vier Dimensionen?" Carroll, der einen Blog-Beitrag über die Vereinigung von Multiversen schrieb, gibt zu, dass Everett diese Fragen nicht beantwortet, "sondern Ihnen eine Plattform bietet, auf der Sie sie stellen können."

Er glaubt, dass der Raum nicht grundlegend ist, sondern das Ergebnis eines Phänomens. Aber woher kommt es? Was gibt es wirklich? Für Carroll bietet das Bild von Everett eine einfache Antwort auf diese Frage. "Die Welt ist eine Wellenfunktion", sagt Carroll. - Dies ist ein Element des Hilbert-Raums. Das ist alles".

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

Physiker beginnen normalerweise mit einem System, das im realen Raum existiert, und leiten den Hilbert-Raum daraus ab, aber Carrol glaubt, dass dieser Prozess umgekehrt werden kann. Stellen Sie sich den möglichen Zustand des Universums vor und kommen Sie zu dem, in dem das System existieren sollte - wenn es überhaupt in einem Raum existiert. Ein System kann nicht in einem, sondern in mehreren Räumen gleichzeitig existieren, und dann werden wir es ein Multiversum nennen. Diese Ansicht "fällt natürlich auf die Idee der Entstehung von Raum-Zeit", sagt Carroll.

Einige Leute - insbesondere Philosophen - lehnen diesen Ansatz ab. Der Hilbert-Raum mag ein akzeptables mathematisches Werkzeug sein, aber das bedeutet nicht, dass wir darin leben. Wallace, der eine Multi-Welt-Interpretation unterstützt, sagt, dass der Hilbert-Raum nicht buchstäblich eine existierende Struktur ist, sondern eine Art, reale Dinge zu beschreiben - Strings, Partikel, Felder oder woraus das Universum noch besteht.„Im übertragenen Sinne leben wir in einem Hilbert-Raum, aber nicht in einem wörtlichen“, sagt er.

Hugh Everett erlebte kein Wiederaufleben des Interesses an seiner Version der Quantenmechanik. Er starb 1982 mit 51 Jahren an einem Herzinfarkt. Er war ein unerschütterlicher Atheist und war sich sicher, dass dies das Ende war; Seine Frau folgte seinen Anweisungen und warf die Asche zusammen mit dem Müll weg. Aber seine Botschaft könnte Wurzeln schlagen. Es kann kurz zusammengefasst werden: Nehmen Sie die Quantenmechanik ernst. In diesem Fall entdecken wir, dass die Welt eine Überraschung ist! - reicher und mehr als wir uns vorgestellt haben. Genau wie Voltaire hat die Seidenraupe nur ihr Netzwerk gesehen, wir sehen nur ein kleines Stück des Multiversums, aber dank Everett und seinen Anhängern können wir uns immer noch durch den Riss in der Kristallhülle quetschen, „wo die Erde auf den Himmel trifft“ und einen kurzen Blick darauf werfen das geht darüber hinaus.