Donnerstag, 24. Juli 2014

Multiversum statt Universum: Wissenschaftler testen Theorie multipler Universen


Abb. 1. Grafische Illustration des Konzepts eines mit vielen Universum-Blasen gefüllten Multiversums. | Copyright: Perimeter Institute

Waterloo (Canada) - Den einen gilt die Theorie, nach der es nicht nur ein einziges sondern unzählige Universen gibt als Pseudowissenschaft. Andere halten sie durchaus für plausibel und vorstellbar. Kanadische Wissenschaftler testen derzeit erstmals mit Computersimulationen die Theorie um nach überprüfbaren Vorhersagen der Konsequenzen der Existenz multipler Universen zu suchen.

Stark zusammengefasst kann die Grundidee der Vorstellung multipler Universen derart beschrieben werden, dass alles am Anfang aus energetisiertem Vakuum bestand. Ähnlich wie Wasser in einem Kochtopf, begann diese Energie das Vakuum zu erhitzen und es entstanden unterschiedliche Blasen. Jede dieser Blasen enthielt wiederum eine unterschiedliche Form von Vakuum - einige beinhalteten mehr, andere weniger Energie, die wiederum die jeweiligen Blasen dazu brachte, sich auszudehnen. Einige dieser Blasen stießen unweigerlich zusammen, andere bildeten selbst kleinere Nebenblasen. Vielleicht waren die Blasen weit voneinander entfernt, vielleicht waren sie sich sehr nahe und bildeten (schaumartige) Ansammlungen aber zugleich auch Orte, an denen es kaum oder gar keine dieser Blasen gab.


Tatsächlich basiert die Theorie vieler Universen weniger auf fantastischen Ideen sondern auf physikalischen Vorstellungen und beinhaltet zugleich die derzeit anerkannte Theorie von der Ausdehnung des uns bekannten Universums. Auch diese kosmische Ausdehnung, die Sekundenbruchteile nach dem sogenannten Urknall das bis dahin nur wenige Nanometer große Universum auf unvorstellbare Größe ausdehnte (und immer noch ausdehnt), wurde - so die gängige Theorie - von einer Vakuum-Energie, dem sogenannten "Inflationfeld", befeuert.


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"Geht man also von der Existenz dieses Feldes aus, so ist es schwer der Vorstellung vom Vakuum als Anfang von allem zu entgehen", postulieren die Forscher um Matthew Johnson vom Perimeter Institute for Theoretical Physics im kanadischen Waterloo in ihrem aktuell im Fachjournal "Physical Review D" erschienenen Artikel (DOI: 10.1103/PhysRevD.85.083516). "Doch dies ist zugleich auch genau der Punkt, an dem die Inflations-Theorie beginnt, kontrovers zu werden - der Punkt nämlich, an dem mehr als nur ein Universum postuliert wird.


Vertreter der Theorie multipler Universen sehen in diesem Modell den nächst-logischen Schritt der kosmischen Ausdehnung. Kritiker behaupten, diese Theorie basiere eher auf Metaphysik als auf Physik und bezeichnen sie als pseudowissenschaftlich, da sie nicht überprüft werden könne. Schließlich steht und fällt der Anspruch naturwissenschaftlicher Physik mit Daten und Vorhersagen, die überprüft und reproduziert werden können.


Gemeinsam mit Luis Lehner und weiteren Forscherkollegen ist Johnson derzeit dabei, genau diesen Kritikpunkt zu beseitigen, indem sie an einer Computersimulation der Theorie multipler Universen arbeiten, um diese so erstmals in den Bereich überprüfbarer Wissenschaft zu übertragen: "Wir wollen herausfinden, wie viel überprüfbare Vorhersagen wir aus dem theoretischen Modell extrahieren können und diese (Merkmale und Ereignisse) danach tatsächlich suchen", so Johnson.



Abb. 2: Im Computermodell kollidiert unser Universum (l.) mit einer anderen Univserums-Blase. | Copyright: Perimeter Institute

Ein erster Ansatz der Forscher ist die Vorstellung davon, dass die einzelnen Universums-Basen miteinander kollidieren könnten. "In unserem Computermodell des gesamten Multiversums lassen wir zunächst nur zwei Blasen existieren und miteinander zusammenstoßen, um dann herauszufinden, was dabei passiert. Dann platzieren wir einen virtuellen Beobachter an verschiedene Orte, um zu verstehen, was dieser Beobachter jeweils 'sehen' würde."


Was zunächst als unmögliche Aufgabe erscheint - die Simulation ganzer Universen – ist in Wirklichkeit sogar recht einfach, erläutert der Wissenschaftler. "Diese Computermodelle simulieren natürlich nicht jedes einzelne Atom, jeden Stern, jede Galaxie dieser Universen. Tatsächlich simulieren sie nichts davon. Wir simulieren die Dinge nur in den allergrößten Maßstäben.


Alles was wir für unser derzeitigen Untersuchungen benötigen ist die Schwerkraft und jenes Material, aus dem die Blasen bestehen - sozusagen die grundlegendste Grundlage der Theorie der multiplen Universen. Diese können wir sehr gut am Computer simulieren und sehen, was wir - ebenfalls im Größtmaßstab - sehen könnten, wenn wir den Himmel betrachten und die Theorie zutreffen sollte.


Das alles sei für ein entsprechendes Computerprogramm nur ein kleiner Schritt, aber ein großer Schritt in der Erforschung des Konzepts eines Multiversums, so die Forscher weiter. "Dadurch, dass wir überprüfbare Vorhersagen produzieren, übertragen wir das Konzept des Multiversums in den Bereich der Naturwissenschaft.


Schon jetzt, so erläutert Johnson, könne das Modell einige Facetten bisheriger Theorien rund um das Modell multipler Universen überprüfen und vermutlich ausschließen: "Unsere Modelle zeigen schon jetzt, dass es Dinge gibt, die wir eigentlich (an unserem Himmel) sehen sollten, wenn unser Universum mit einem anderen zusammengestoßen wäre. Da wir diese Dinge aber bislang nicht beobachtet haben, scheint es so, als könnten wir diese Aspekte als unwahrscheinlich schon heute ausschließen."



Abb. 3: Die neueste und bislang genaueste vollständigen Himmelskarte der kosmischen Hintergrundstrahlung zeigt die Temperaturunterschiede der Hintergrundstrahlung (rot = wärmer / blau = kälter) und die Temperaturirregularitäten rund 380.000 Jahre nach der Entstehung des Universums. | Copyright: ESA and the Planck Collaboration


Abb. 4: Wie in dieser Simulation sollte die hypothetische Kollision unseres Universums mit einem anderen (s.Abb.2) scheibenförmige Muster hinterlassen haben. In den bisherigen Daten zur kosmischen Hintergrundstrahlung sind solche "Scheiben" jedoch nicht zu sehen (s.Abb.3). | Copyright: Perimeter Institute

So sollte, laut Johnson, die Kollision zweier Universen innerhalb eines Multiversums eine Art "Scheiben am Himmel" in der kosmischen Hintergrundstrahlung hinterlassen. Da bisherige Abbildungen dieser Hintergrundstrahlung eine solche Scheibe jedoch nicht aufzeigen, könnte dieser Teilaspekt – in diesem Fall also die Kollision unseres Universums mit einem anderen - als eher unwahrscheinlich ausgeschlossen werden.


Währenddessen sucht das Team um Johnson und Lehner weitere überprüfbare Merkmale, die eine Kollision unserer Blase mit einer anderen hinterlassen haben könnte.


"Das wichtige an unserer Arbeit", so die Forscher abschließend, "ist der Umstand, dass wir ein Modell vorlegen, mit dem die Theorie des Multiversums erstmals überprüft werden kann. Sollten wir also in einer von vielen Universums-Blasen leben, so werden wir auch in der Lage sei, dies nachzuweisen."


Matthew Johnson über die aktuelle Arbeit


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