Die Multiversum-Theorie, die besagt, dass es mehrere oder sogar unendlich viele Universen geben kann, ist ein altbewährtes Konzept in der Kosmologie und der theoretischen Physik. Während der Begriff bis ins späte 19. Jahrhundert zurückreicht, entstand die wissenschaftliche Grundlage dieser Theorie aus der Quantenphysik und der Untersuchung kosmologischer Kräfte wie Schwarzer Löcher, Singularitäten und Probleme, die sich aus der Urknalltheorie ergeben.
Eine der brennendsten Fragen bei dieser Theorie ist, ob das Leben in mehreren Universen existieren könnte oder nicht. Wenn sich die Gesetze der Physik tatsächlich von einem Universum zum nächsten ändern, was könnte dies für das Leben selbst bedeuten? Laut einer neuen Reihe von Studien eines Teams internationaler Forscher ist es möglich, dass das Leben im gesamten Multiversum verbreitet ist (sofern es tatsächlich existiert).
Die Studien mit dem Titel „Der Einfluss der Dunklen Energie auf die Galaxienbildung. Was hält die Zukunft unseres Universums bereit? “ und „Effizienz der Galaxienbildung und die multiverse Erklärung der kosmologischen Konstante mit EAGLE-Simulationen“, erschien kürzlich in der Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society. Die frühere Studie wurde von Jaime Salcido geleitet, einem Doktoranden an der Durham University
Letzterer wurde von Luke Barnes, einem John Templeton Research Fellow an der University of Sydney, geleitet Sydney Institut für Astronomie. Zu beiden Teams gehörten Mitglieder des Internationalen Zentrums für Radioastronomieforschung der University of Western Australia, des Astrophysics Research Institute der Liverpool John Moores University und des Leiden Observatory der Universität Leiden.
Gemeinsam wollte das Forscherteam herausfinden, wie die beschleunigte Expansion des Kosmos die Geschwindigkeit der Stern- und Galaxienbildung in unserem Universum beeinflusst haben könnte. Diese beschleunigte Expansionsrate, die ein wesentlicher Bestandteil des Lambda-Cold Dark Matter (Lambda-CDM) -Modells der Kosmologie ist, entstand aus Problemen, die sich aus Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie ergeben.
Als Folge von Einsteins Feldgleichungen verstand der Physiker, dass sich das Universum seit dem Urknall entweder in einem Expansions- oder Kontraktionszustand befinden würde. 1919 schlug Einstein daraufhin die „Kosmologische Konstante“ (vertreten durch Lambda) vor, eine Kraft, die die Auswirkungen der Schwerkraft „zurückhielt“ und so dafür sorgte, dass das Universum statisch und unveränderlich war.
Kurz danach zog Einstein diesen Vorschlag zurück, als Edwin Hubble (basierend auf Rotverschiebungsmessungen anderer Galaxien) enthüllte, dass sich das Universum tatsächlich in einem Expansionszustand befand. Einstein ging offenbar so weit, die kosmologische Konstante als „den größten Fehler“ seiner Karriere zu bezeichnen. Die Erforschung der kosmologischen Expansion in den späten 1990er Jahren führte jedoch zu einer Neubewertung seiner Theorie.
Kurz gesagt, laufende Studien des großen Universums haben gezeigt, dass sich die kosmische Expansion in den letzten 5 Milliarden Jahren beschleunigt hat. Als solche begannen Astronomen, die Existenz einer mysteriösen, unsichtbaren Kraft zu vermuten, die diese Beschleunigung antreibt. Im Volksmund als „Dunkle Energie“ bekannt, wird diese Kraft auch als Kosmologische Konstante (CC) bezeichnet, da sie dafür verantwortlich ist, den Auswirkungen der Schwerkraft entgegenzuwirken.
Seit dieser Zeit haben Astrophysiker und Kosmologen versucht zu verstehen, wie Dunkle Energie die kosmische Evolution beeinflusst haben könnte. Dies ist ein Problem, da unsere aktuellen kosmologischen Modelle vorhersagen, dass es in unserem Universum mehr Dunkle Energie geben muss, als beobachtet wurde. Die Berücksichtigung größerer Mengen an Dunkler Energie würde jedoch eine so schnelle Expansion verursachen, dass die Materie verdünnt würde, bevor sich Sterne, Planeten oder Leben bilden könnten.
In der ersten Studie wollten Salcido und das Team daher herausfinden, wie das Vorhandensein von mehr Dunkler Energie die Geschwindigkeit der Sternentstehung in unserem Universum beeinflussen kann. Zu diesem Zweck führten sie hydrodynamische Simulationen mit dem Projekt EAGLE (Evolution und Assemblierung von GaLaxies und ihren Umgebungen) durch - einer der realistischsten Simulationen des beobachteten Universums.
Mithilfe dieser Simulationen berücksichtigte das Team die Auswirkungen, die Dunkle Energie (zu ihrem beobachteten Wert) auf die Sternentstehung in den letzten 13,8 Milliarden Jahren und weitere 13,8 Milliarden Jahre in der Zukunft haben würde. Daraus entwickelte das Team ein einfaches analytisches Modell, das darauf hinwies, dass Dunkle Energie - trotz des Unterschieds in der Geschwindigkeit der kosmischen Expansion - einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Sternentstehung im Universum haben würde.
Sie zeigten ferner, dass der Einfluss von Lambda erst dann signifikant wird, wenn das Universum bereits den größten Teil seiner Sternmasse produziert hat und nur eine Abnahme der Gesamtdichte der Sternentstehung um etwa 15% verursacht. Wie Salcido in einer Pressemitteilung der Durham University erklärte:
„Für viele Physiker ist die ungeklärte, aber scheinbar besondere Menge an dunkler Energie in unserem Universum ein frustrierendes Rätsel. Unsere Simulationen zeigen, dass selbst wenn es viel mehr dunkle Energie oder sogar sehr wenig im Universum gäbe, dies nur einen minimalen Einfluss auf die Stern- und Planetenbildung haben würde, was die Aussicht auf ein Leben im gesamten Multiversum erhöht. “
Für die zweite Studie verwendete das Team dieselbe Simulation aus der EAGLE-Zusammenarbeit, um den Einfluss unterschiedlicher CC-Grade auf die Bildung von Galaxien und Sternen zu untersuchen. Dies bestand aus der Simulation von Universen mit Lambda-Werten im Bereich des 0- bis 300-fachen des in unserem Universum beobachteten aktuellen Werts.
Da die Sternentstehungsrate des Universums vor dem Beginn der beschleunigten Expansion (vor ca. 8,5 Milliarden Jahren und 5,3 Milliarden Jahre nach dem Urknall) ihren Höhepunkt bei etwa 3,5 Milliarden Jahren erreichte, hatte der Anstieg des CC nur einen geringen Einfluss auf die Geschwindigkeit der Sternentstehung.
Zusammengenommen zeigten diese Simulationen, dass in einem Multiversum, in dem sich die Gesetze der Physik stark unterscheiden können, die Auswirkungen einer kosmisch beschleunigten Expansion mit dunklerer Energie keinen signifikanten Einfluss auf die Geschwindigkeit der Stern- oder Galaxienbildung haben würden. Dies wiederum deutet darauf hin, dass andere Universen im Multiversum zumindest theoretisch genauso bewohnbar wären wie unsere eigenen. Wie Dr. Barnes erklärte:
„Das Multiversum sollte früher den beobachteten Wert der Dunklen Energie als Lotterie erklären. Wir haben ein Glücksticket und leben im Universum, das wunderschöne Galaxien bildet, die das Leben ermöglichen, wie wir es kennen. Unsere Arbeit zeigt, dass unser Ticket sozusagen etwas zu glücklich erscheint. Es ist etwas Besonderes, als es für das Leben sein muss. Dies ist ein Problem für das Multiversum. ein Rätsel bleibt. "
Die Studien des Teams werfen jedoch auch Zweifel an der Fähigkeit der Multiversum-Theorie auf, den beobachteten Wert der Dunklen Energie in unserem Universum zu erklären. Laut ihrer Forschung würden wir, wenn wir in einem Multiversum leben, bis zu 50 Mal mehr Dunkle Energie beobachten als wir sind. Obwohl ihre Ergebnisse die Möglichkeit des Multiversums nicht ausschließen, lässt sich die winzige Menge an Dunkler Energie, die wir beobachtet haben, besser durch das Vorhandensein eines noch unentdeckten Naturgesetzes erklären.
Professor Richard Bower, Mitglied des Instituts für Computational Cosmology der Durham University und Mitautor des Papiers, erklärte:
„Die Bildung von Sternen in einem Universum ist ein Kampf zwischen der Anziehung der Schwerkraft und der Abstoßung dunkler Energie. Wir haben in unseren Simulationen festgestellt, dass Universen mit viel mehr dunkler Energie als unsere glücklich Sterne bilden können. Warum also so wenig dunkle Energie in unserem Universum? Ich denke, wir sollten nach einem neuen Gesetz der Physik suchen, um diese seltsame Eigenschaft unseres Universums zu erklären, und die Multiversum-Theorie trägt wenig dazu bei, das Unbehagen der Physiker zu retten. “
Diese Studien sind zeitgemäß, da sie Stephen Hawkings endgültiger Theorie folgen, die die Existenz des Multiversums in Frage stellt und stattdessen ein endliches und einigermaßen glattes Universum vorschlägt. Grundsätzlich zeigen alle drei Studien, dass die Debatte darüber, ob wir in einem Multiversum leben oder nicht und welche Rolle die Dunkle Energie in der kosmischen Evolution spielt, noch lange nicht vorbei ist. Wir können uns jedoch auf Missionen der nächsten Generation freuen, die in Zukunft einige hilfreiche Hinweise liefern.
Dazu gehören die James Webb Weltraumteleskop (JWST), der Weitfeld-Infrarot-Vermessungsteleskop (WFIRST) und bodengestützte Observatorien wie die Quadratkilometer-Array (SKA). Neben der Untersuchung von Exoplaneten und Objekten in unserem Sonnensystem wird diese Mission der Untersuchung der Entstehung der ersten Sterne und Galaxien und der Bestimmung der Rolle der Dunklen Energie gewidmet sein.
Darüber hinaus wird erwartet, dass all diese Missionen irgendwann in den 2020er Jahren ihr erstes Licht bekommen. Bleiben Sie also auf dem Laufenden, denn weitere Informationen - mit kosmologischen Auswirkungen - werden in wenigen Jahren eintreffen!
