En titt på fysiken bakom flera universum

Fysikens vetenskaper och astrofysik utforskar många intressanta idéer om universum. En av de mest spännande är begreppet flera universum. Det kallas också "parallell universitetsteori." Detta är idén att vårt universum inte är den enda som finns. De flesta har hört talas om möjligheten till mer än ett universum från science fiction-berättelser och filmer. Långt ifrån att vara en imaginär idé kan flera universum existera enligt modern fysik. Men det är en sak att ta fram en teori om deras existens, men en helt annan att faktiskt upptäcka dem. Detta är något som den moderna fysiken brottas med och använder observationer av avlägsna ljussignaler från Big Bang som data.

Precis som vårt universum med alla dess stjärnor, galaxer, planeter och andra strukturer finns och kan vara studerade, misstänker fysiker att andra universum fyllda med materia och rymd existerar parallellt med vår. De kanske eller kanske inte är exakt som vår. Chansen är stor att de inte är det. De kan ha andra fysiklagar än vi till exempel. De korsar inte nödvändigtvis med vårt, men de kolliderar med det. Vissa teoretiker går så långt som att förklara att varje person har en tvilling eller spegel i de andra universum. Detta är en tolkning av teorin med flera universum som kallas "många världar" -metoden. Det säger att det finns många universum där ute.

Det finns en annan tolkning av flera universum som blir ganska komplexa och är en växning av kvantefysik, som är fysiken för mycket små. Det handlar om interaktioner på nivån av atomer och subatomära partiklar (som utgör atomer). I grund och botten säger kvantefysik att små interaktioner - kallade kvanteinteraktioner - sker. När de gör det har de långtgående konsekvenser och skapar oändliga möjligheter med oändliga resultat från dessa interaktioner.

Föreställ dig som exempel att i vårt universum tar en person en fel sväng på vägen till ett möte. De missar mötet och tappar chansen att arbeta med ett nytt projekt. Om de inte hade missat vändningen, skulle de ha gått till mötet och fått projektet. Eller missade de tur och möte, men träffade någon annan som erbjöd dem ett bättre projekt. det finns oändliga möjligheter, och var och en (om det händer) stimulerar oändliga konsekvenser. I parallella universum sker ALLA dessa handlingar och reaktioner och konsekvenser, en till varje universum.

Detta innebär att det finns parallella universer där alla möjliga resultat sker samtidigt. Ändå observerar vi bara handlingen i vårt eget universum. Alla andra handlingar observerar vi inte, men de händer parallellt, någon annanstans. Vi observerar dem inte, men de händer, åtminstone teoretiskt.

Argumentet till förmån för flera universum involverar många intressanta tankeexperiment. Man studerar kosmologin (som är studiet av universums ursprung och utveckling) och något som kallas finjustera problemet. Detta säger att när vi växer för att förstå hur vårt universum är konstruerat, växer vår existens i det mer osäkra. Som fysiker har undersökt hur universum har förändrats över tid sedan Big Bang, de misstänker att om de tidiga förhållandena i universum hade varit lite annorlunda, kunde vårt universum ha utvecklats till att vara oundviklig för livet.

I själva verket, om ett universum spontant uppstod, skulle fysiker förvänta sig att det spontant kollapsar eller eventuellt expanderar så snabbt att partiklar aldrig verkligen interagerar med varandra. Den brittiska fysikern Sir Martin Reese skrev mycket om denna idé i sin klassiska bok Just Six Numbers: The Deep Forces That Shape the Universe.

Med hjälp av denna idé om "fininställda" egenskaper i universum argumenterar vissa för behovet av en skapare. Att det finns en sådan varelse (som det inte finns bevis för) förklarar inte universums egenskaper. Fysiker skulle vilja förstå dessa egenskaper utan att åberopa någon gudom av något slag.

Den enklaste lösningen skulle bara vara att säga, "Det är så det är." Men det är inte riktigt en förklaring. Det representerar bara en anmärkningsvärd lycka att ett enda universum skulle bli till och att universum bara skulle ha de mycket exakta egenskaper som behövs för att utveckla livet. De flesta fysiska egenskaper skulle resultera i ett universum som kollapsar direkt till intet. Eller fortsätter det att existera och expanderar till ett enormt hav av intet. Det handlar inte bara om att försöka förklara människor när vi råkar existera, utan att förklara själva existensen av något slags universum.

En annan idé, som passar bra med kvantfysiken, säger att det verkligen finns ett stort antal universum, som har olika egenskaper. Inom det multiverse av universum skulle vissa delmängder av dem (inklusive våra egna) innehålla egenskaper som tillåter dem att existera under relativt långa tidsperioder. Det betyder att en delmängd (inklusive vårt eget universum) skulle ha de egenskaper som gör att de kan bilda komplexa kemikalier och i slutändan liv. Andra skulle inte. Och det skulle vara okej, eftersom kvantefysiken säger att alla möjligheter kan existera.

Strängteorin (som säger att alla olika grundläggande partiklar av materia är manifestationer av ett grundläggande objekt som kallas en "sträng") har nyligen börjat stödja denna idé. Detta beror på att det finns ett stort antal möjliga lösningar på strängteori. Med andra ord, om strängteori är korrekt så finns det fortfarande många olika sätt att konstruera universum.

Stringteori presenterar idén om extra dimensioner samtidigt som den innehåller en struktur för att tänka på var dessa andra universum kan vara belägna. Vårt universum, som innehåller fyra dimensioner av rumtid, verkar existera i ett universum som kan innehålla så många som 11 totala dimensioner. Den multidimensionella "regionen" kallas ofta huvuddelen av strängteoretiker. Det finns ingen anledning att tro att huvuddelen inte kunde innehålla andra universum förutom våra egna. Så det är ett slags universum.

Frågan om ett multiverses existens är sekundär för att kunna upptäcka andra universum. Hittills har ingen hittat fasta bevis för ett annat universum. Det betyder inte att de inte är ute. Beviset kan vara något som vi ännu inte har erkänt. Eller våra detektorer är inte tillräckligt känsliga. Så småningom kommer fysiker att hitta ett sätt att använda fasta data för att hitta parallella universum och mäta åtminstone några av deras egenskaper. Det kan dock vara långt borta.

Redigerad och uppdaterad av Carolyn Collins Petersen.